Το ALPS II, το πιο ευαίσθητο εργαστηριακό πείραμα στον κόσμο για την αναζήτηση των υποθετικών σωματιδίων που ονομάζονται «αξόνια», παρουσίασε τα πρώτα του αποτελέσματα.
Υπό την καθοδήγηση του Axel Lindner στο ερευνητικό κέντρο DESY στη Γερμανία, η διεθνής συνεργασία ALPS II δεν εντόπισε ενδείξεις για την ύπαρξη αξονίων κατά την αρχική αυτή φάση, ωστόσο τα ευρήματα προσφέρουν πολύτιμες κατευθύνσεις για τις μελλοντικές δοκιμές, στενεύοντας τα περιθώρια στην αναζήτηση ενός από τους επικρατέστερους υποψήφιους για τη σκοτεινή ύλη.
ALPS II: Η αναζήτηση της παραβίασης συμμετρίας
Στη ασθενή πυρηνική δύναμη, η οποία προκαλεί ορισμένους τύπους ραδιενεργού διάσπασης, η αρχή της συμμετρίας φορτίου-παραλληλίας (CP-symmetry) μπορεί να παραβιαστεί. Αντίθετα, η συμμετρία αυτή φαίνεται να διατηρείται απόλυτα στη ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συγκρατεί τα κουάρκ για το σχηματισμό πρωτονίων και ουδετερονίων. Το 1977, οι Roberto Peccei και Helen Quinn πρότειναν μια θεωρία για να εξηγήσουν αυτή τη συμπεριφορά, ενώ οι Steven Weinberg και Frank Wilczek έδειξαν ότι η ιδέα αυτή απαιτεί ένα εντελώς νέο σωματίδιο.
Το υποθετικό αυτό σωματίδιο, που ονομάστηκε «αξόνιο», θα ήταν εξαιρετικά ελαφρύ και θα αλληλεπιδρούσε πολύ ασθενώς με τη συμβατική ύλη και το φως, γεγονός που καθιστά τον εντοπισμό του εξαιρετικά δύσκολο. Οι φυσικοί υπέθεσαν στη συνέχεια ότι τα αξόνια θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της κοσμολογίας, καθώς αποτελούν πρωτεύοντες υποψήφιους για τη σκοτεινή ύλη του σύμπαντος.
Η μέθοδος του φωτός που περνά μέσα από τοίχο
Σε αντίθεση με τις αστρονομικές παρατηρήσεις ή τις αναζητήσεις στη σκοτεινή ύλη που βασίζονται σε υποθέσεις για τις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος, η προσέγγιση του ALPS II βασίζεται στη δημιουργία και τον εντοπισμό αξονίων στο ίδιο το πείραμα. Η διαδικασία περιλαμβάνει τη διέλευση μιας ισχυρής δέσμης λέιζερ μέσα από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το οποίο δημιουργείται από μια σειρά 12 υπεραγώγιμων διπολικών μαγνητών. Εάν υπάρχουν αξόνια, το πεδίο μετατρέπει ένα μικρό ποσοστό των φωτονίων του λέιζερ σε αξόνια.
Στη συνέχεια, η δέσμη λέιζερ συναντά έναν αδιαφανή τοίχο που μπλοκάρει εντελώς τα φωτόνια. Τα αξόνια όμως μπορούν να περάσουν ανεμπόδιστα μέσα από τον τοίχο. Στην άλλη πλευρά, συναντούν ακόμα 12 διπολικούς μαγνήτες, οι οποίοι μετατρέπουν ένα μικρό μέρος των αξονίων ξανά σε φως. Αυτό το αναγεννημένο φως παγιδεύεται σε μια οπτική κοιλότητα, επιτρέποντας στο σήμα να ενισχυθεί και να ανιχνευθεί.
Στενεύοντας τα περιθώρια της αναζήτησης
Στην πρώτη αυτή επιστημονική εκστρατεία, το ALPS II δεν βρήκε αποδείξεις για την ύπαρξη αξονίων, καθώς η μικρή αυξημένη ένταση που παρατηρήθηκε στα δεδομένα αποδόθηκε κατά πάσα πιθανότητα σε ανεπιθύμητο διασκορπισμένο φως που έφτανε στον ανιχνευτή με ρυθμό δύο φωτονίων την ώρα.
Παρά ταύτα, το πείραμα αποδείχθηκε πάνω από 20 φορές πιο ευαίσθητο σε σύγκριση με οποιοδήποτε αντίστοιχο εγχείρημα στο παρελθόν. Με τις αναβαθμίσεις που βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη, η ερευνητική ομάδα ελπίζει να βελτιώσει την ευαισθησία κατά ακόμα δύο τάξεις μεγέθους, φέρνοντας την επιστημονική κοινότητα ένα βήμα πιο κοντά στον εντοπισμό της κρυμμένης μάζας του σύμπαντος.