Fizycy sprawdzili w laboratorium jedną z hipotez na temat ciemnej energii

Ciemna energia odgrywa dominującą rolę we Wszechświecie, odpowiadając za większość masy i energii. Tymczasem nadal pozostaje tajemnicza dla naukowców i niewiele o niej wiadomo. Amerykańscy fizycy sprawdzili w eksperymencie laboratoryjnym jedną z hipotez na temat ciemnej energii, a wyniki opublikowali w „Science”. hipoteza dotyczy tzw. pól kameleonowych.

Sprawdzana hipoteza dotyczy tzw. "pól kameleonowych" i powiązanym z nimi "cząstek kameleonowych". Według hipotezy, ciemna energia może wywoływać siłę, która jest zależna od gęstości w otoczeniu, im mniejsza gęstość, tym większa siła. Do tej pory w laboratoriach nie zmierzono jednak żadnej dodatkowej siły, poza czterema znanymi oddziaływaniami: grawitacyjnym, elektromagnetycznym, słabym i silnym. Stąd pomysł, że może być wykrywalna tylko przy niezwykle małej gęstości, takiej jaka panuje w przestrzeniach między galaktykami.

Paul Hamilton, jeden z naukowców pracujących na University of California w Los Angeles, postanowił wytworzyć w laboratorium warunki jak najbardziej odpowiadające tego typu małej gęstości, aby zmierzyć hipotetyczną siłę od ciemnej energii. Wyniki eksperymentu przeprowadzonego wraz ze swoim zespołem opublikował w czasopiśmie „Science”.

Hamilton poszukiwał specjalnych pól ciemnej energii związanych z polami kameleonowymi (w języku angielskim „chameleon fields”). Pola te odpowiadają sile, której natężenie zależy od gęstości w otoczeniu. Jak na razie są czysto hipotetyczne. Po raz pierwszy hipoteza na temat pól kameleonowych pojawiła się w roku 2004. Pomysł zaproponował Justin Khoury z University of Pennsylvania, który jest także jednym ze współautorów publikacji w „Science”. Z kolei w roku 2014 grupa, którą kierował brytyjski fizyk Clare Burrage zaproponowała metodologię do laboratoryjnego przetestowania istnienia tych pól.

W eksperymencie w laboratorium skonstruowano komorę próżniową o rozmiarach nieco mniejszych niż wymiary piłki nożnej. W komorze wytworzono próżnie o ciśnieniu jednej bilionowej normalnego ciśnienia atmosferycznego na powierzchni Ziemi. Potem do komory wprowadzono atomy cezu oraz kulkę aluminiową, która miała odpowiadać gęstemu obiektowi tłumiącemu potencjalną piątą siłę, aby mieć możliwość porównania pomiarów w różnych konfiguracjach. Następnie atomy zostały schłodzone do jednej stutysięcznej stopnia powyżej zera bezwzględnego.

Procedura pomiarowa wyglądała następująco: świecono laserem bliskiej podczerwieni do komory, którego promień stanowił swego rodzaju linijkę do pomiarów. Mierzono w jaki sposób atomy cezu przyspieszają na skutek oddziaływań grawitacyjnych i poszukiwano czy w ich ruchu nie ma wkładu od piątej siły. Pomiarów dokonywano w dwóch konfiguracjach: gdy aluminiowa kulka była blisko atomów oraz gdy znajdowała się daleko. Gdyby istniała dodatkowa piąta siła, to przyspieszenie atomów powinno się różnić w obu konfiguracjach.

Jednak wyniki pomiarów nie wskazują na istnienie piątej siły i pól kameleonowych, gdyż nie było różnic pomiędzy obydwoma konfiguracjami. Nie wyklucza to całkowicie możliwości występowania takich pól, ale dzięki eksperymentowi uzyskano górne ograniczenie na wielkość takich hipotetycznych oddziaływań. Naukowcy planują kolejne pomiary, które mają sprawdzić inne wersje hipotez o ciemnej energii.