היקום שלנו עומד על כרעי תרנגולת קוסמיות: כ-85% מהמסה והכבידה שלו מורכבים מחומר אפל - ישות בלתי נראית לחלוטין שבלעדיה שביל החלב היה מתפרק ועף לחלל. השבוע, עולם הפיזיקה געש בעקבות דיווח דרמטי מניסוי עומק המשתמש בשישה טונות של נוזל קסנון, שבו זוהה לראשונה אירוע פגיעה עתיר אנרגיה העשוי להוות את האות הראשון אי-פעם לחלקיק של חומר אפל. האם מדובר בספקולציה מדעית או באבן פינה חדשה בהבנת המציאות?
חשוב להסביר כי החומר האפל אינו פולט, בולע או מחזיר אור, ולכן אינו ניתן לגילוי באמצעות כוחות אלקטרומגנטיים. ההשערה המרכזית בקרב תיאורטיקנים כיום היא קיומם של חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה (WIMPs), אשר מלבד כוח הכבידה חווים גם את הכוח הגרעיני החלש.
כדי לצוד אותם, המדענים נדרשים לרדת לעומק האדמה - למרחק של קילומטר מתחת לפני השטח - במטרה להתמגן מפני קרינה קוסמית ורעשי רקע שמייצר כדור הארץ.
הניסוי הנוכחי עושה שימוש במכל ענק של קסנון נוזלי משום שמסתו האטומית דומה לזו של החלקיקים המבוקשים, מה שמבטיח מקסימום העברת אנרגיה ברגע ההתנגשות. מנגנון הגילוי הייחודי מודד במקביל שני סוגי אותות נפרדים, שנוצרים מהתנגשות החלקיק בגרעין ותהליכי איוניזציה - פעולה קריטית שנועדה לסנן רעשי רקע מתחרים.
פגיעה אחת ששווה עולם ומלואו
אחד המוקשים הגדולים ביותר שמעלים מבקרי הניסוי נוגע לשאלת המובהקות: כיצד ניתן לבסס תגלית מדעית דרמטית על סמך אירוע פגיעה בודד, במקום אלפי מדידות סטטיסטיות רגילות?
"ממתי בהיסטוריה המדעית אירוע בודד מהווה זיהוי אותנטי?" תהה האסטרופיזיקאי והאסטרונום ניל דה-גראס טייסון בפרק האחרון בפודקסט המצולם שלו ביוטיוב. "בדרך כלל אנחנו מדברים על סטטיסטיקה של מאות או אלפי מקרים ורק אז מחשבים רמות ביטחון סטטיסטיות. איך אפשר לעשות בכלל סטטיסטיקה על אירוע יחיד? נראה שכולם כאן פשוט נותנים דרור למשאלות הלב שלהם".
אף על פי כן, מומחים מצביעים על כך שהמערכת נבנתה מראש לטפל באותות מעטים בסביבה מוגנת לחלוטין.
"אפילו עם אירוע בודד, אפשר לבצע סטטיסטיקה של מספרים קטנים ולטעון למשמעות של האירוע, ספציפית משום שכל שאר הרקעים האחרים נפסלו מראש", הוסיף טייסון. "החידוש הוא שהניסוי הזה בוחן רמות אנרגיה של רקיעה גרעינית גבוהה מאי פעם - 250 קילו-אלקטרון-וולט (keV) - סף גבוה בהרבה מכל מה שנמדד בעבר, מה שמונע מרעשי רקע שגרתיים לבלבל את התוצאות".
על השאלה הנצחית למה אנחנו לא רואים יותר מזה, התבדח טייסון: "אם מיליארדים של חלקיקים כאלה עוברים דרך הגוף שלי כל שנייה, ואחד פוגע בערך כל ארבעה שבועות בגרעין אטום - נדמה כאילו הייתי צריך להרגיש את זה. אולי אם הייתי נפגע מחלקיק ששוקל פי 10 אלף מפרוטון, הייתי הופך למוטציה".
מבחינת הזהות של הגורם המסתורי, קהילת התיאורטיקנים מעריכה כעת כי החלקיק המדובר עשוי להיות "Higgsino" השותף העל-סימטרי של בוזון היגס. אם הנתון הזה יאומת בניסויים עתידיים, ייתכן שאנחנו עומדים בפתחו של עידן חדש בפיזיקה שמחבר סוף-סוף את הנקודות בין החומר שאנו מכירים לבין הרוב הנסתר של היקום.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו