작년에 물리학자들은 실험적인 암흑 물질 탐지기가 새로운 물리학을 나타낼 수 있는 이상한 신호를 포착했으며 여러 "용의자"가 확인되었다고 보고했습니다. 케임브리지 과학자들은 당시에는 고려되지 않았던 답을 제시했습니다. 이 실험은 우주의 팽창을 가속화하는 신비한 힘인 암흑 에너지를 처음으로 발견했을 수도 있습니다.
암흑 물질이 일반 물질보다 5배 많은 것으로 알려져 있지만 암흑 물질은 여전히 파악하기 어렵습니다. 그것은 빛과 상호 작용하지 않으며 별, 은하 및 은하단과 같은 우주 규모에 대한 중력의 영향을 통해 주로 나타나는 것으로 보입니다.
그러나 때때로 암흑 물질 입자는 올바른 장비로 감지할 수 있는 방식으로 일반 물질 입자와 충돌할 수 있습니다.
XENON1T는 이 장비의 버전 중 하나였습니다. 2016년과 2018년 사이에 이탈리아에서 수행된 실험은 본질적으로 깊은 지하에 저장된 액체 크세논으로 가득 찬 대형 탱크였습니다. 아이디어는 암흑 물질 입자가 저장소를 휩쓸면 크세논 원자를 자극하여 일련의 센서가 감지할 수 있는 빛과 자유 전자의 폭발을 생성한다는 것입니다.
그러나 이것은 보이는 것만큼 쉬운 일이 아닙니다. 다른 알려진 입자도 동일한 효과를 가질 수 있습니다. 실험을 지하에 배치하면 이 배경 소음을 줄이는 데 도움이 되지만 전부는 아닙니다. 따라서 과학자들은 이벤트의 예상 배경 수준을 계산한 다음 실제 탐지가 더 높은지 확인합니다.
사실 그랬다. 작년에 과학자들은 예상되는 배경 232보다 정확히 53건의 "사건 수의 놀라운 증가"를 보고했습니다. 이상한 일이 일어나고 있는 것 같았지만 암흑 물질이었습니까?
당시 유력한 후보는 태양 액시온(solar axion)이라는 가상의 소립자였다. 이름에서 알 수 있듯이, 그것들은 태양에 의해 생성될 수 있으며, 그들 자체는 암흑 물질 후보로 간주되지 않지만 다른 유형의 액시온은 이에 대한 증거를 찾는 것이 중요한 단계가 될 것입니다.
그러나 추가 조사 후 캠브리지 팀은 관측된 신호를 수신하는 데 너무 많은 태양 액시온이 필요할 것이라고 주장합니다.
대신, 그들은 암흑 에너지의 힘을 운반하는 입자인 또 다른 범인을 제안합니다. 이것은 우주의 팽창을 가속화시키는 것으로 보이는 반발력의 이름이며, 그 모델 중 하나에는 소위 카멜레온 입자가 포함됩니다.
기본적으로 이러한 입자는 주변에 얼마나 많은 물질이 있는지에 따라 다른 질량과 효과를 가질 것으로 예측됩니다. 따라서 지구와 같이 밀도가 높은 지역에서는 질량이 크지만 힘은 아주 작은 거리에서만 작용합니다.
그러나 물질이 거의 존재하지 않는 성간 공간에서는 카멜레온의 질량이 줄어들지만 그 영향력은 훨씬 더 확장됩니다. 그러한 전환은 암흑 에너지가 국부적으로는 어떤 영향도 미치지 않는 것으로 보이지만 은하계 규모에서는 강한 영향을 미친다는 기괴한 관찰을 설명할 수 있습니다.
이 가설은 사실이 되기에는 너무 편리하게 들릴 수 있지만, 정확히 이를 위한 것입니다. 즉, 찬성 또는 반대의 증거를 찾기 위해 테스트할 수 있는 아이디어입니다. 그리고 캠브리지 물리학 팀에 따르면, 우리는 카멜레온이 XENON1T의 사건보다 더 많은 암흑 에너지를 운반한다는 증거를 발견했을 수 있습니다.
연구원들은 타코클린(tachocline)이라고 불리는 높은 자기 영역에서 태양에 의해 생성된 카멜레온 입자가 XENON1T 검출기를 통과하면 어떻게 될지 모델링했습니다. 실제로, 신호는 관찰된 신호와 매우 유사해 보였습니다.
연구의 첫 번째 저자인 Sunny Vagnozzi는 "이 과잉이 원칙적으로 암흑 물질이 아니라 암흑 에너지에 의해 야기될 수 있다는 것은 정말 놀라운 일입니다."라고 말했습니다. "일이 이렇게 되면 정말 특별한 일이야."
물론 사건은 아직 끝나지 않았다. 추가 이벤트는 아직 제대로 확인되지 않았지만 실험의 확장 버전은 결과를 명확하게 할 수 있습니다.
이 연구의 공동 저자인 Luca Vizinelli는 “우선 이것이 단순한 사고가 아니라는 것을 알아야 합니다. "XENON1T가 실제로 무언가를 본다면 향후 실험에서 비슷한 초과분을 다시 볼 것으로 예상할 수 있지만 이번에는 훨씬 더 강력한 신호입니다."
이 연구는 Physical Review D 저널에 게재되었습니다.
2021-09-21 04:13:23
작가: Vitalii Babkin