Οι θεωρητικοί φυσικοί προβλέπουν εδώ και χρόνια την ύπαρξη των λεγόμενων millicharged particles, υποθετικών σωματιδίων που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο πολύ μικρότερο από εκείνο του ηλεκτρονίου. Επειδή αλληλεπιδρούν εξαιρετικά ασθενώς με τη συνηθισμένη ύλη και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, είναι ιδιαίτερα δύσκολο να εντοπιστούν με τις συμβατικές μεθόδους της σωματιδιακής φυσικής.
Μια νέα μελέτη από ερευνητές των Fermilab, Stanford University και University of Delaware προτείνει την αξιοποίηση ενός πειράματος που σχεδιάστηκε πριν από αιώνες για έναν εντελώς διαφορετικό σκοπό. Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, δείχνει ότι μια σύγχρονη εκδοχή του πειράματος Cavendish θα μπορούσε να αναζητήσει τέτοια σωματίδια με ιδιαίτερα υψηλή ευαισθησία.
Η ιδέα πίσω από το πείραμα Cavendish
Το πείραμα βασίζεται σε έναν μεγάλο αγώγιμο κλωβό Faraday, ο οποίος κανονικά εμποδίζει τα εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία να εισέλθουν στο εσωτερικό του. Σύμφωνα με τον Harikrishnan Ramani, όμως, η παρουσία σωματιδίων με απειροελάχιστο φορτίο θα μπορούσε να δημιουργήσει μια φαινομενική παραβίαση του νόμου του Coulomb ή του νόμου του Gauss.
Όταν ο κλωβός υποβάλλεται σε εναλλασσόμενες θετικές και αρνητικές τάσεις, τα συγκεκριμένα σωματίδια θα μπορούσαν να εισέρχονται και να εξέρχονται από αυτόν, δημιουργώντας ένα ασθενές, ταλαντούμενο ηλεκτρικό πεδίο. Τα συνηθισμένα φορτισμένα σωματίδια δεν θα παρουσίαζαν την ίδια συμπεριφορά, επιτρέποντας στον κλωβό να λειτουργήσει ουσιαστικά ως «φίλτρο».
Νέα δυνατότητα για τη σκοτεινή ύλη
Οι υπολογισμοί των ερευνητών δείχνουν ότι η μέθοδος θα μπορούσε να είναι έως και τρεις φορές πιο ευαίσθητη από ορισμένες υπάρχουσες ή μελλοντικές προσεγγίσεις που βασίζονται σε επιταχυντές σωματιδίων.
Η προτεινόμενη διάταξη θα μπορούσε επίσης να εξετάσει την πιθανότητα τα millicharged particles να αποτελούν ένα μικρό μέρος της σκοτεινής ύλης. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα μπορούσε να ανιχνεύσει ακόμη και αναλογία μικρότερη από ένα μέρος στο τρισεκατομμύριο της συνολικής σκοτεινής ύλης.
Η ομάδα εξετάζει ήδη την κατασκευή ενός πρωτοτύπου με σύγχρονη τεχνολογία, ανοίγοντας τον δρόμο για πειραματικά αποτελέσματα μέσα στα επόμενα χρόνια.