kameleonttikentät

Pimeää energiaa jäljitettiin laboratoriossa

Pe, 08/21/2015 - 13:50 By Markus Hotakainen
UCLA:n tyhjiökammio

Pimeä energia saa maailmankaikkeuden laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla. Pimeä energia muodostaa yli kaksi kolmasosaa universumin massa- ja energiasisällöstä. Kukaan ei kuitenkaan tiedä, mitä pimeä energia on.

Pimeä energia löydettiin vuonna 1998, kun kaukaisten supernovien tutkimus osoitti, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy eikä suinkaan hidastu, kuten aiemmin oli arveltu. "Löytäminen" on kuitenkin ehkä liioittelua, sillä pimeä energia on toistaiseksi teoreettinen selitys kiihtyväksi havaitulle liikkeelle.

Pimeän energia olemusta on yritetty selvittää erilaisin mallein ja kokein, mutta arvoitus on yhä vailla ratkaisua. Yhden olettamuksen mukaan pimeän energian aikaansaama työntövoima on mitattavissa vain alueilla, joilla tiheys on äärimmäisen pieni – esimerkiksi galaksienvälisessä avaruudessa.

Niin kauas on mahdoton viedä mittalaitteita, joten tutkijat ovat yrittäneet luoda vastaavanlaiset olosuhteet laboratoriossa. Paul Hamiltonin johdolla on UCLA:ssa (University of California, Los Angeles) kehitetty laitteisto, jolla pimeän energian aiheuttamaa voimaa voidaan mitata. Tai ainakin sitä voidaan yrittää mitata.

Hamiltonin tutkijaryhmän tähtäimessä olivat vuodesta 2004 lähtien tutkitut "kameleonttikentät", jotka saattavat olla pimeän energian aiheuttaman voiman taustalla. Siis teoreettisesti. Kenttien synnyttämä voima, joka olisi "viides voima" tuttujen gravitaation sekä sähkömagneettisen, vahvan ja heikon voiman rinnalla, riippuisi ainetiheydestä.

Viidettä voimaa ei ole yrityksistä huolimatta kyetty havaitsemaan, sillä teorian mukaan tiheillä alueilla – esimerkiksi Maan ilmakehässä – kentät heikkenisivät niin vähäisiksi, että voiman mittaaminen kävisi mahdottomaksi.

UCLA:n koelaitteisto oli suunnilleen jalkapallon kokoinen tyhjiökammio, jossa paine laskettiin triljoonasosaan normaalista ilmanpaineesta. Kammiossa oli cesium-atomeja, joiden liikkeen perusteella viidettä voimaa pyrittiin mittaamaan. 

Atomit jäähdytettiin kymmenen miljoonasosa-asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä, jotta niiden oma liike oli mahdollisimman vähäistä. Sitten kammioon suunnattiin infrapunalasersäde, jonka avulla voitiin määrittää cesium-atomien kiihtyvyys gravitaation ja mahdollisen muun voiman vaikutuksesta.

Kammion keskelle oli asetettavissa marmorikuulan kokoinen alumiinipallo, jonka tarkoitus oli vaimentaa "kameleonttikentät", jolloin mitättömän pienen voiman vaikutus olisi ollut mahdollista mitata. Mittaus tehtiin kahdesti: ensin alumiinipallon ollessa kammiossa ja sitten ilman alumiinipalloa. Teorian mukaan cesium-atomeihin vaikuttavan voiman olisi pitänyt olla eri mittauskerroilla erilainen.

Tutkijat eivät kuitenkaan havainneet atomien liikkeissä minkäänlaisia eroja. Se ei tarkoita, etteikö kameleonttikenttiä saattaisi silti olla olemassa. Nyt saatiin yläraja sille, kuinka voimakkaasti kameleonttikentät voivat vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa. Pimeä energia ei kuitenkaan edelleenkään saanut selitystä. 

Laboratoriotutkimuksesta kerrottiin UCLA:n uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen)

Kuvat: Holger Müller (tyhjiökammio) ja Simca Bouma (piirros)