Ανιχνεύοντας τοπολογικές ατέλειες στο σύμπαν …

… καθώς η Γη διέρχεται από αυτές

Το δοκιμαστικό δίκτυο που έχουν εγκαταστήσει οι ερευνητές, αποτελείται από δύο αισθητήρες  - που ονομάζονται οπτικά μαγνητόμετρα – έναν στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας και έναν στην Κρακοβία

Αστροφυσικοί κατασκευάζουν ένα μαγνητικό ανιχνευτή παγκόσμιας κλίμακας, ο οποίος εντοπίζει τοπολογικές ατέλειες στη δομή του Σύμπαντος

Ένα από τα πιο δημοφιλή θέματα στην κοσμολογία σήμερα είναι η πιθανότητα το Σύμπαν να περιέχει τοπολογικές ατέλειες που αποτελούν υπολείμματα του παρελθόντος του.

Το σκεπτικό πίσω από αυτή τη θεωρία είναι πως, αμέσως μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, το Σύμπαν υπεβλήθη σε μια σειρά από μεταβατικές φάσεις, στις οποίες οι νόμοι της φυσικής στρεβλώθηκαν με διάφορους τρόπους. Οταν συμβαίνει αυτό, ορισμένες διαμορφώσεις της ύλης μπορεί να παραμείνουν «παγωμένες» για το υπόλοιπο της αιωνιότητας.

Αυτές οι λεγόμενες «τοπολογικές ατέλειες» παίρνουν τη μορφή μονόπολων, κοσμικών χορδών και άλλων παράδοξων δομών. Κανείς δεν έχει παρατηρήσει αυτά τα αντικείμενα, όμως η ανακάλυψή τους θα αποτελούσε τεράστιο θρίαμβο για τις θεωρίες που τα έχουν προβλέψει. Σήμερα, ο Σζιμόν Παστέλνι, από το πανεπιστήμια της Κρακοβίας και του Μπέρκλεϊ, με τους συνεργάτες του, αποκαλύπτουν το σχέδιό τους για τον εντοπισμό μίας συγκεκριμένης τοπολογικής ατέλειας, την οποία ονομάζουν «domain walls», χρησιμοποιώντας ένα παγκόσμιο δίκτυο αισθητήρων.

Σκοτεινή ύλη

Τα «τείχη» αυτά δημιουργούνται στα όρια μεταξύ πολύ αδύναμων πεδίων σκοτεινής ύλης, που εγκλωβίστηκε στο Διάστημα αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτά τα πεδία αλληλεπιδρούν συχνά με την κανονική ύλη, όμως η επίδραση είναι ορατή μόνο όταν αλλάξει η κατεύθυνση του πεδίου -ένα φαινόμενο που συμβαίνει όταν η Γη κινείται μέσα από ένα τέτοιο τείχος που διαχωρίζει τμήματα του πεδίου. Όταν αυτό συμβαίνει, η ατομική περιστροφή κάθε ατόμου στον πλανήτη ταλαντεύεται ελαφρώς.

Ετσι, εάν οι φυσικοί καταφέρουν να βρουν έναν τρόπο να καταγράψουν και να συγκρίνουν αυτές τις περιστροφές σε διαφορετικά σημεία της Γης, θα έχουν θεωρητικά και τη δυνατότητα να εντοπίσουν με ακρίβεια τη στιγμή κατά την οποία η Γη περνά μέσα από ένα τέτοιο τείχος. Ωστόσο, αυτό είναι δύσκολο να καταγραφεί, καθώς το φαινόμενο αυτό συμβαίνει, σύμφωνα με τις καλύτερες εκτιμήσεις, περίπου μία φορά ανά δεκαετία.

Ο Παστέλνι και η ομάδα του ισχυρίζονται πως οι πρόσφατες εξελίξεις στους μαγνητικούς αισθητήρες πεδίων τούς επιτρέπουν να διεξαγάγουν ένα τέτοιο πείραμα. Εχουν ήδη κατασκευάσει και δοκιμάσει ένα πρωτότυπο, για να αποδείξουν τους ισχυρισμούς τους.

Η ιδέα αφορά τη δημιουργία ενός παγκόσμιου δικτύου αισθητήρων μαγνητικών πεδίων που παρακολουθούν τις περιστροφές των ατόμων σε διάφορες «μαγνητικά θωρακισμένες» τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο. Το δίκτυο πρέπει να έχει τη δυνατότητα να εντοπίζει και να φιλτράρει την επιρροή μεγάλων περιβαλλοντικών μαγνητικών διακυμάνσεων, όπως αυτών του ηλιακού ανέμου. Οταν αυτό επιτευχθεί, ένα όντως δύσκολο εγχείρημα, θα είναι εφικτός ο εντοπισμός της ατομικής ταλάντευσης που θα συμβεί σχεδόν ταυτόχρονα σε όλα τα σημεία όπου υπάρχουν αισθητήρες, όταν η Γη περάσει μέσα από ένα domain wall.

Το δοκιμαστικό δίκτυο που έχουν εγκαταστήσει οι ερευνητές, αποτελείται από δύο αισθητήρες τέτοιου τύπου -έναν στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας και έναν στην Κρακοβία. Αυτοί οι αισθητήρες ονομάζονται οπτικά μαγνητόμετρα. «Λούζουν» με φως τα άτομα και έπειτα παρακολουθούν πώς αλλάζουν η απορρόφηση και η εκπομπή των φωτονίων, καθώς αυτά μεταπίπτουν σε κάποιο μαγνητικό πεδίο. Τα στοιχεία από τα δύο πειράματα πρέπει να έχουν σαφή χρονική αποτύπωση, έτσι ώστε να μπορεί να συγκριθεί αν υπάρχουν ενδείξεις του φαινομένου, το οποίο θα διαρκέσει μόλις ένα εκατοστό του δευτερολέπτου.

Ο Παστέλνι και οι συνεργάτες του θεωρούν πως τα ευρήματά τους αποδεικνύουν πως η εγκατάσταση ενός παγκόσμιου δικτύου για τον εντοπισμό του φαινομένου είναι εφικτή: «Αποδεικνύεται πως το δίκτυο των οπτικών μαγνητόμετρων είναι ικανό να λειτουργήσει αποτελεσματικά, ανεπηρέαστο από εξωγενείς παράγοντες». Αποκαλούν αυτό το πείραμαGNOME – Global Network of Optical Magnometers for Exotic Physics. Αυτό είναι το σημείο εκκίνησης μιας νέας επιστημονικής εποχής…

Μέχρι σήμερα, οι έρευνες για ενδείξεις σκοτεινής ύλης εστίαζαν στη σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων σκοτεινής ύλης και σωματιδίων κοινής ύλης. Το GNOME ψάχνει να εντοπίσει κάτι εντελώς διαφορετικό: ενδείξεις του πεδίου, μέσα στο οποίο πρέπει να υπάρχουν αυτά τα σωματίδια. Αυτό δίνει στους φυσικούς έναν συναρπαστικό νέο τρόπο να προσεγγίσουν την επιστήμη πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Είναι ένα εργαλείο που η σύγχρονη επιστήμη έχει αυτή τη στιγμή ανάγκη, λαμβάνοντας υπόψη τα ολοένα και πιο προβλέψιμα αποτελέσματα από τα συμβατικά πειράματα σωματιδιακής φυσικής.

Από το The Physics arXiv Blog
ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΓΙΩΡΓΟΣ ΛΑΜΠΡΟΠΟΥΛΟΣ – www.enet.gr