O nouă metodă de calibrare a detectoarelor care măsoară polarizarea radiației cosmice de fond a permis cercetătorilor să obţină indicii despre o posibilă violare a unei simetrii importante în fizică – simetria parității – care ar putea fi generată de materia sau energia întunecate.
Folosind date furnizate de Observatorul spațial Planck al ESA referitoare la radiația cosmică de fond, o echipă internațională de cercetători a observat indicii ale unei noi fizici. Cercetătorii au creat o nouă metodă de măsurare a unghiului de polarizare a acestei radiații primordiale prin compararea ei cu emisiile de lumină ale prafului din galaxia noastră, Calea Lactee. Deși semnalul nu este detectat cu suficientă precizie pentru a trage concluzii certe, acesta indică faptul că materia întunecată sau energia întunecată provoacă o încălcare a așa-numitei „simetrii de paritate” (cu o probabilitate de 99,2%, spun fizicienii).
Radiaţia cosmică de fond este cea mai veche radiaţie din Univers, cea care ne dă informaţii despre Univers așa cum era acesta la circa 380.000 de ani după Big Bang, atunci când radiaţia și materia s-au separat.
Studiul acestei radiații este extrem de important, întrucât ne ajută să înţelegem nu doar cum a evoluat Universul și cum arăta el în trecutul îndepărtat, ci și cu ce este „umplut”. Altfel spus, această radiaţie, propagându-se prin Univers, poate interacționa cu materia pe care o întâlnește pe parcursul călătoriei, iar această interacțiune poate să îşi lase amprenta asupra radiaţiei. Măsurând deci caracteristicile acestei radiații putem înţelege, de exemplu, proprietăţi ale materiei în Univers – și nu doar ale materiei vizibile, ci și a celei întunecate, dacă ea interacționează cu radiaţia de fond.
Măsurarea radiaţiei de fond este făcută cu ajutorul instrumentelor la bordul sateliţilor în spaţiu, precum satelitul Planck al Agenției Spaţiale Europene (ESA). La bordul acestui satelit există detectoare capabile nu doar să măsoare această radiaţie, ci şi proprietăţi deosebite ale acesteia, precum polarizarea sa, adică să verifice dacă există o direcţie privilegiată de oscilație a undei electromagnetice.
Polarizarea are loc atunci când radiaţia electromagnetică este împrăștiată de un mediu. Radiaţia de fond a luat naştere cu o anumită polarizare întrucât a fost împrăștiată de electroni. Polarizarea acestei radiații poate să se schimbe însă, dacă radiaţia călătorind prin Univers interacționează, de exemplu, cu materia întunecată, suferind o rotaţie cu un anumit unghi.
Măsurarea acestui unghi este extrem de dificilă întrucât este nevoie ca detectoarele amplasate pe satelit să fie calibrate – adică să fie în stare să măsoare un unghi relativ la un sistem de referinţă legat de cosmos. Practic, cercetătorii folosesc măsurători ale proprietăţilor radiaţiei emise de praful din galaxia noastră, care nu este afectată de materia întunecată sau energia întunecată deoarece distanţa parcursă până la satelitul Planck este mult prea mică.
Folosind această calibrare, cercetătorii au reuşit să măsoare unghiul de rotaţie a polarizării radiaţiei de fond, publicând rezultatele într-un articol apreciat ca unul dintre cele mai importante articole apărute în Physical Review Letters în ultima perioadă.
Măsurătoarea a generat mult interes datorită faptului că a dat naștere unei surprize: au fost obţinute indicii că ar exista o violare a simetriei P – așa-numita parity-symmetry, simetria de paritate, care e ca și cum s-ar măsura un proces văzut însă în oglindă. În fizica pe care o cunoaştem, doar interacțiunea nucleară slabă violează această simetrie, în timp ce interacțiunea electromagnetică și cea nucleară puternică nu.
Ce ar putea genera această violare a simetriei P în cazul măsurătorii polarizării fotonilor radiaţiei de fond? Chiar dacă rezultatul deocamdată nu este definitiv, căci semnificația statistică este insuficientă, cercetătorii încearcă să imagineze o sursă a acestui fenomen. S-ar putea ca el să fie datorat interacţiunii fotonilor radiaţiei de fond cu materia întunecată sau, caz și mai interesant, cu energia întunecată. Nu ştim din ce sunt compuse aceste două entităţi, însă din câte ştim la ora actuală, ele ar fi predominante în Univers, în cantităţi mult mai mari decât materia normală, cea pe care o cunoaştem.
Importanța acestui studiu rezidă în metoda pusă la punct pentru calibrarea detectoarelor în vederea realizării unei măsurători de precizie. În viitor, metoda va fi aplicată noilor date de măsurătoare a polarizării radiaţiei de fond și așa vom şti dacă într-adevăr simetria parității (P) este sau nu violată și cât de mult – lucru ce poate ne va ajuta să sondăm Universul întunecat.
Câteva explicații
Big Bang
Teorie cosmologică în care expansiunea Universului se presupune că a început cu o explozie iniţială.
Energia întunecată
Un tip de energie ce are un efect asemănător cu cel al unei forțe antigravitaționale. La nivelul întregului Univers, pare să fie dominantă, reprezentând mai bine de 70% din totalul de energie. Ea este unul dintre misterele cele mai profunde în fizică.
Materia întunecată
Nume dat masei a cărei existenţă a fost dedusă din analiza rotaţiei galaxiilor şi grupurilor de galaxii. Aceasta însă nu a putut fi detectată până în prezent, exceptând interacţiunea gravitaţională cu materia normală.
Radiaţia de fond, fondul de radiaţie cosmică
Fondul de radiaţie cosmică se situează în medie între 3 x 10^8 și 3 x 10^11 Hz. A fost descoperit în spaţiu în 1965. Se presupune că ar fi apărut în urma ionizării produse la cca 380000 ani după Big Bang, când materia s-a despărţit de radiaţie şi Universul a devenit transparent. Odată cu expansiunea Universului, aceasta a fost tot mai deplasată spre roşu, ajungând în prezent în zona microundelor.
