W ostatniej dekadzie dwoma najbardziej przełomowymi wydarzeniami w fizyce było wykazanie, że neutrino ma niezerową masę oraz odkrycie, że prędkość rozszerzania się Wszechświata wzrasta.

Obecnie fizycy z University of Washington uważają, że oba odkrycia są ze sobą powiązane poprzez jeden z najdziwniejszych elementów Wszechswiata – tak zwaną ciemną energię. Ich zadaniem powiązanie jest możliwe dzięki nieznalezionym wcześniej cząstkom zwanym akceleronami.

Ciemna energia była niewiele znaczącym czynnikiem w początkach Wszechświata, obecnie jednak stanowi blisko 70 procent jego zawartości. Zrozumienie zjawiska może pomoć w zrozumieniu, dlaczego w przyszłości Wszechświat rozszerzy się tak bardzo, że nie będzie możliwe dostrzeżenie innych gwiazd i galaktyk na naszym niebie, a także pozwoli na stwierdzenie, czy ekspansja będzie trwała w nieskończoność.

W nowej teorii neutrina podlegają wpływowi nowej siły biorącej się z ich interakcji z akceleronami. Ciemna energia pojawia się jako efekt dążeń Wszechświata do wypchnięcia neutrin dalej, dostarczając energii, która stanowi motor odpowiedzialny za rozszerzanie się Wszechświata” – powiedziała Ann Nelson, profesor fizyki na University of Washington.

Oddziaływania pomiędzy akceleronami oraz inną materią są jeszcze słabsze niż te, za które odpowiedzialne są neutrina (słaby charakter oddziaływań neutrin doskonale oddaje sposób ich detekcji, na przykład w Super-Kamiokande). Nelson uważa, że to powód, dla którego nie udało się jeszcze zarejestrować istnienia tych cząstek przy pomocy nawet najbardziej wyrafinowanej aparatury. W nowej teorii akcelerony kryją się za powstaniem nowej siły działającej na neutrina, co może pozwolić na wykrycie ich dzięki pracy wielu detektorów neutrin znajdujących się obecnie na naszej planecie.

Istnieje wiele modeli ciemnej energii, ale testy ograniczają się przeważnie do kosmologii, w szczególności dokonując pomiaru prędkości ekspansji Wszechświata. Ponieważ wymaga to obserwacji bardzo odległych obiektów, trudno o dokładne pomiary,” – powiedziała Nelson. -“To jedyny model pozwalający na wykorzystanie drogi umożliwiającej przeprowadzenie badań już na Ziemi. Możemy zrobić to niejako przy okazji pracy detektorów neutrin.

Nowa teoria została rozwinięta dzięki wspólnej pracy Ann Nelson, Davida Kaplana – także profesora fizyki z University of Washington oraz Neala Weinera zajmującego się na tej samej uczelni zagadnieniami z pogranicza fizyki. Praca została częściowo sfinansowana z grantu amerykańskiego Departament of Energy. Szczegółowa publikacja ukaże się w najbliższym numerze Physical Review Letters.

Badacze twierdzą, że masa neutrina może zmieniać się w zależności od środowiska, w którym cząstka się znajduje, tak samo jak zmienia się wygląd światła w innych ośrodkach niż powietrze. Oznacza to, że uzyskane przez detektory neutrin wyniki mogą się różnić w zależności od położenia zespołu instrumentów.

Jeżeli jednak neutrina stanowią część ciemnej energii, to zdaniem Nelson musiałaby istnieć siła równoważąca odmienne wyniki eksperymentów. Istnienie takiej siły dostarczyłoby materiału do ekspansji Wszechświata.

Fizycy mają dążą do uzyskania wskazówki mówiącej czy Wszechświat będzie się rozszerzał się w nieskończoność, czy też w pewnym momencie przestanie, by następnie zacząć się kurczyć. Ponieważ nowa teoria nie przewiduje kurczenia się Wszechświata, oznacza to, że od pewnego momentu prędkość ekspansji może przestać wzrastać.

W naszej teorii istnieje możliwość, że neutrino w pewnym momencie zrobi się na tyle ciężkie, że nie będzie podlegać działaniu ciemnej materii, a więc zniknie efekt przyspieszania ekspansji Wszechświata,” – powiedziała profesor Nelson. – “Wszechświat może dalej się rozszerzać, ale w malejącym już tempie.

Autor

Łukasz Wiśniewski