Στα βόρεια της Ισπανίας, κάτω από τα Πυρηναία Όρη, μια ομάδα διεθνών επιστημόνων εργάζεται στο Canfranc Underground Laboratory (LSC) με έναν φιλόδοξο στόχο: να αποκαλύψει τα μυστικά της σκοτεινής ύλης και να απαντήσει στο θεμελιώδες ερώτημα «Γιατί υπάρχουμε;»

Το Canfranc είναι ένα μικρό χωριό – με μόλις 612 κατοίκους – κοντά στα γαλλικά σύνορα. Συνήθως, είναι «χαμένο» μέσα στην ομίχλη, ενώ οι δρόμοι είναι σχεδόν πάντα άδειοι και το κρύο διαπεραστικό. Μέσα στο εργαστήριο όμως, η αναζήτηση απαντήσεων συνεχιζόταν αδιάκοπα.

Δείτε αυτή τη δημοσίευση στο Instagram.

Η δημοσίευση κοινοποιήθηκε από το χρήστη Lab. Subterráneo de Canfranc (@labsubcanfranc)

Η έρευνα για τα νετρίνα και η θεωρία της ύλης

Ο Carlos Peña, διευθυντής του LSC, εξηγεί το βασικό ερώτημα στο οποίο προσπαθούν να απαντήσουν οι επιστήμονες: «Γιατί η φύση επέλεξε την ύλη αντί για την αντιύλη;». Το γνωστό μας σύμπαν – άστρα, πλανήτες, ακόμα και ο αέρας που αναπνέουμε – αποτελείται από άτομα, τα οποία περιλαμβάνουν πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Κάθε ένα από αυτά έχει το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης: το αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο), για παράδειγμα, είναι η αντίθεση του ηλεκτρονίου.

Όμως, τα πιο μυστηριώδη σωματίδια είναι τα νετρίνα, τα οποία είναι άφθονα στο σύμπαν, αλλά σχεδόν δεν αλληλεπιδρούν με την ύλη, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και περνούν μέσα από τη Γη αόρατα.

Το πιο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό τους είναι ότι μπορεί να είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη. Αν αυτή η θεωρία επαληθευτεί, μπορεί να εξηγήσει γιατί το σύμπαν αποτελείται από ύλη και όχι από καθαρή ενέργεια.

Διαβασε ακομα

Είναι απλά ένα μεγάλο παιχνίδι ή θα ξεκλειδώσει τα μυστικά του σύμπαντος;

Το εργαστήριο κάτω από το βουνό

Το LSC, που εγκαινιάστηκε το 2006, είναι ένα από τα τρία αντίστοιχα εργαστήρια στην Ευρώπη, ενώ άλλα που κάνουν παρόμοιες έρευνες υπάρχουν στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Κορέα και την Ιαπωνία.

Στα βάθη της γης, κάτω από το χιονοδρομικό κέντρο Candanchú, οι επιστήμονες προστατεύουν τα εξαιρετικά ευαίσθητα όργανα ανίχνευσης από τις κοσμικές ακτίνες, οι οποίες θα μπορούσαν να «θολώσουν» τις μετρήσεις.

Το βουνό λειτουργεί ως φυσική ασπίδα, μπλοκάροντας τα περισσότερα από αυτά τα ενεργειακά σωματίδια.

Στο εργαστήριο γίνονται πολλά διαφορετικά πειράματα. Κάποια προσπαθούν να ανιχνεύσουν wimps (πιθανά σωματίδια σκοτεινής ύλης), άλλα αναζητούν αξιόνια (άλλη μια υποθετική μορφή σκοτεινής ύλης), ενώ υπάρχει και ένα βιολογικό εργαστήριο που μελετά την επίδραση της χαμηλής κοσμικής ακτινοβολίας σε ζωντανούς οργανισμούς.

Το πιο φιλόδοξο, όμως, πείραμα στο LSC είναι το NEXT, μια διεθνής συνεργασία με πάνω από 130 ερευνητές που στόχο έχει να ανιχνεύσει αν τα νετρίνα είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η ύλη επικράτησε μετά το Big Bang.

Το μυστήριο της ύπαρξής μας

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι κατά τη γέννηση του σύμπαντος, η ύλη και η αντιύλη δημιουργήθηκαν σε ίσες ποσότητες – όταν όμως ύλη και αντιύλη συναντώνται, εξαϋλώνονται αφήνοντας πίσω τους μόνο ενέργεια (δηλαδή φως).

Αν όλα ήταν απολύτως συμμετρικά, το σύμπαν θα έπρεπε να είναι ένα κενό γεμάτο φως, χωρίς γαλαξίες, πλανήτες ή ανθρώπους. Όμως, κάτι διέσπασε αυτή την τέλεια συμμετρία, αφήνοντας ένα μικρό πλεόνασμα ύλης.

«Η ύλη κέρδισε – αλλά μόλις κατά ένα μικρό ποσοστό», λέει ο Peña. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν γιατί συνέβη αυτό, αλλά υποψιάζονται ότι τα νετρίνα έχουν την απάντηση.

Αν τα νετρίνα είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη, τότε αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η εξαΰλωση δεν ήταν απόλυτη και πώς προέκυψε το υλικό σύμπαν.

Διαβασε ακομα

Η σκοτεινή ενέργεια εξασθενεί: Θα καταστραφεί το σύμπαν με ένα αντίστροφο big bang ή «μεγάλη σύνθλιψη»;

Η πρόκληση των πειραμάτων

Το LSC έχει ήδη κατασκευάσει έναν πρώτο ανιχνευτή, αλλά οι επιστήμονες εκτιμούν ότι, με τον συγκεκριμένο, το φαινόμενο θα μπορούσε να ανιχνευθεί μόνο μία φορά κάθε 100 χρόνια. Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή ενός μεγαλύτερου ανιχνευτή, ο οποίος θα μπορούσε να εντοπίσει αυτό το σπάνιο γεγονός μία φορά τον χρόνο.

Παράλληλα, ένα άλλο κρίσιμο πείραμα διεξάγεται στην Ιαπωνία, το οποίο αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2030. Όπως αναφέρεται στην El Pais, το πείραμα αυτό προσπαθεί να αποδείξει ότι όταν δύο νετρίνα εξαϋλώνονται, αφήνουν πίσω τους ένα μικρό υπόλοιπο ύλης.

Αν το ιαπωνικό πείραμα έχει θετικά αποτελέσματα και το Canfranc επιβεβαιώσει ότι τα νετρίνα είναι και ύλη και αντιύλη, τότε θα έχουμε μια απάντηση για το πώς σχηματίστηκε το σύμπαν όπως το ξέρουμε.

Ένα παλιό σιδηροδρομικό τούνελ

Το LSC βρίσκεται σε μια τοποθεσία με μεγάλο ιστορικό ενδιαφέρον: το εργαστήριο κατασκευάστηκε σε μια σήραγγα που δημιουργήθηκε το 1928 για να συνδέσει την Ισπανία με τη Γαλλία, αλλά εγκαταλείφθηκε το 1970 μετά από κατάρρευση στη γαλλική πλευρά.

Δείτε αυτή τη δημοσίευση στο Instagram.

Η δημοσίευση κοινοποιήθηκε από το χρήστη Lab. Subterráneo de Canfranc (@labsubcanfranc)

Τη δεκαετία του 1980, ο φυσικός Ángel Morales και η ομάδα του χρησιμοποίησαν το παλιό τούνελ για να πραγματοποιήσουν τα πρώτα τους πειράματα, μεταφέροντας ανιχνευτές πάνω σε σιδηροδρομικές ράγες.

Οι μετρήσεις τους έδειξαν ότι το υπόγειο περιβάλλον ήταν ιδανικό για την ανίχνευση εξαιρετικά σπάνιων σωματιδίων.

Από εκείνη την πρωτοποριακή έρευνα, το Canfranc εξελίχθηκε σε ένα από τα πιο προηγμένα επιστημονικά κέντρα στην Ευρώπη.