Sudahkah kita menemukan energi gelap? Para ilmuwan mengatakan itu kemungkinan

Sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti dari University of Cambridge dan diterbitkan dalam jurnal Verifikasi fisik D, menunjukkan bahwa beberapa hasil yang tidak dapat dijelaskan dari eksperimen XENON1T di Italia mungkin disebabkan oleh energi gelap, bukan materi gelap yang seharusnya dideteksi oleh eksperimen tersebut.

Mereka membangun model fisik untuk menjelaskan hasil yang mungkin datang dari energi gelap Partikel dibuat di wilayah Matahari dengan medan magnet yang kuat, meskipun percobaan di masa depan akan diperlukan untuk mengkonfirmasi penjelasan ini. Para peneliti mengatakan studi mereka bisa menjadi langkah penting menuju deteksi langsung energi gelap.

Segala sesuatu yang dapat dilihat mata kita di langit dan di dunia kita sehari-hari – dari bulan kecil hingga galaksi besar, dari semut hingga paus biru – membentuk kurang dari lima persen alam semesta. Sisanya gelap. Sekitar 27% adalah materi gelap – kekuatan tak terlihat yang menyatukan galaksi dan jaring kosmik – sementara 68% adalah energi gelap yang mempercepat perluasan alam semesta.

“Meskipun kedua komponen tersebut tidak terlihat, kita tahu lebih banyak tentang materi gelap, karena keberadaannya diduga sejak tahun 1920-an, sedangkan energi gelap baru ditemukan pada tahun 1998,” kata Dr. Sunny Vagnozzi dari Institut Kavli untuk Kosmologi di Cambridge. penulis pertama surat kabar tersebut. “Eksperimen skala besar seperti XENON1T dirancang untuk mendeteksi materi gelap secara langsung dengan mencari tanda-tanda bahwa materi gelap bertemu materi biasa, tetapi energi gelap bahkan lebih sulit dipahami.”

Secara umum, untuk mendeteksi energi gelap, para ilmuwan mencari interaksi gravitasi: cara gravitasi menarik benda-benda di sekitarnya. Dan pada skala terbesar, efek gravitasi energi gelap bersifat tolak-menolak, menarik benda-benda menjauh satu sama lain dan mempercepat perluasan alam semesta.

Sekitar setahun yang lalu, percobaan XENON1T melaporkan sinyal yang tidak terduga atau kelebihan dari latar belakang yang diharapkan. “Kelebihan seperti itu seringkali kebetulan, tetapi terkadang dapat mengarah pada penemuan mendasar,” kata Dr. Luca Visinelli, peneliti di Frascati National Laboratories di Italia dan rekan penulis penelitian ini. “Kami menyelidiki model di mana sinyal ini disebabkan oleh energi gelap dan bukan materi gelap yang awalnya dimaksudkan untuk dideteksi oleh eksperimen.”

Penjelasan paling populer untuk kelebihan pada saat itu adalah axion – hipotetis, partikel yang sangat ringan – yang dihasilkan di matahari. Namun, penjelasan ini tidak sesuai dengan pengamatan, karena jumlah axion yang diperlukan untuk menjelaskan sinyal XENON1T secara drastis mengubah evolusi bintang yang jauh lebih berat daripada Matahari, bertentangan dengan apa yang akan kita amati.

Kita masih jauh dari sepenuhnya memahami apa itu energi gelap, tetapi sebagian besar model fisik untuk energi gelap akan mengarah pada keberadaan sesuatu yang disebut kekuatan kelima. Ada empat gaya dasar di alam semesta, dan segala sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh salah satu gaya ini kadang-kadang disebut sebagai hasil dari gaya kelima yang tidak diketahui.

Namun, kita tahu bahwa teori gravitasi Einstein bekerja sangat baik di alam semesta lokal. Oleh karena itu, setiap gaya kelima yang terkait dengan energi gelap tidak diinginkan dan harus “tersembunyi” atau “terlindung” dalam skala kecil dan hanya dapat bekerja pada skala terbesar, di mana teori gravitasi Einstein tidak menjelaskan percepatan alam semesta. Untuk menyembunyikan kekuatan kelima, banyak model energi gelap dilengkapi dengan apa yang disebut mekanisme penyaringan yang secara dinamis menyembunyikan kekuatan kelima.

Vagnozzi dan rekan penulisnya membangun model fisik yang menggunakan mekanisme penyaringan yang dikenal sebagai penyaringan bunglon untuk menunjukkan bahwa partikel energi gelap yang dihasilkan di medan magnet kuat matahari dapat menjelaskan kelebihan XENON1T.

“Penyaringan bunglon kami menghentikan produksi partikel energi gelap di objek yang sangat padat, sehingga menghindari masalah yang dihadapi oleh axion matahari,” kata Vagnozzi. “Ini juga memungkinkan kita untuk memisahkan apa yang terjadi di alam semesta yang sangat padat secara lokal dari apa yang terjadi pada skala terbesar, di mana kepadatannya sangat rendah.”

Dengan model mereka, para peneliti menunjukkan apa yang akan terjadi di detektor jika energi gelap dihasilkan di wilayah tertentu matahari, yang disebut tachocline, di mana medan magnet sangat kuat.

“Sangat mengejutkan bahwa kelebihan ini pada prinsipnya disebabkan oleh energi gelap daripada materi gelap,” kata Vagnozzi. “Ketika hal-hal cocok bersama seperti itu, itu adalah sesuatu yang sangat istimewa.”

Perhitungan mereka menunjukkan bahwa eksperimen seperti XENON1T, yang dirancang untuk mendeteksi materi gelap, juga dapat digunakan untuk mendeteksi energi gelap. Namun, kelebihan asli belum dikonfirmasi secara meyakinkan. “Kita harus tahu dulu bahwa ini bukan kebetulan,” kata Visinelli. “Jika XENON1T benar-benar melihat sesuatu, orang akan mengharapkan kelebihan yang sama dalam eksperimen masa depan, tetapi kali ini dengan sinyal yang jauh lebih kuat.”

Jika kelebihan tersebut disebabkan oleh energi gelap, peningkatan yang akan datang pada eksperimen XENON1T, serta eksperimen dengan tujuan serupa seperti LUX-Zeplin dan PandaX-xT, dapat mendeteksi energi gelap secara langsung dalam dekade berikutnya.