חוקרים מדווחים כי עדיין לא הצליחו לספק הוכחה לקיומו של חומר אפל. החיפושים ממשיכים
חומר אפל הוא אחת התעלומות המעסיקות את עולם המדע בשנים האחרונות. האם החומר המסתורי הזה קיים בכלל? ואם כן, מה טיבו? לשאלות אלה עדיין לא נמצאה תשובה המקובלת על כולם.
ההיסטוריה של החומר האפל החלה בשנות ה-30 של המאה העשרים, כאשר אסטרונומים שחקרו את תנועת הגלקסיות נתקלו בחוסר התאמה בין חישוביהם התאורטיים לבין ממצאי התצפיות בפועל. על פי חוקי הפיזיקה המוכרים לנו, מהירות התנועה של גלקסיה בתוך צביר גלקסיות תלויה בכמות החומר (מסה) של שאר הגלקסיות בצביר. באמצעות מדידות אסטרונומיות, מדענים יודעים להעריך את כמות החומר הנראה ממנו הגלקסיה מורכבת: כוכבים ועננים בין-כוכביים של גז ואבק. אולם, כאשר חישובי מהירות הגלקסיות מתבססים על כמות החומר הנראה, הם אינם מתיישבים עם תנועת הגלקסיות בפועל. המסה הנדרשת לצורך נכונות החישוב גדולה יותר מהמסה של החומר הנראה.
בשנת 1933 האסטרונום השוויצרי פריץ צוויקי (Zwicky) הציע הסבר אפשרי לסתירה זו. צוויקי טען כי בנוסף לחומר הנראה, קיים גם חומר שאנו לא מסוגלים לראות, ויש להתחשב גם במסה שלו בביצוע החישובים. החומר שאינו נראה קיבל את השם "חומר אפל". בשנות ה-70 החוקרים קנת' פרימן (Freeman), ורה רובין (Rubin) וקנט פורד (Ford) מצאו תופעות אסטרונומיות נוספות שתמכו בקיומו של חומר אפל.
מנסים להאיר את החומר האפל
כיום המדענים מעריכים כי היקום מורכב ברובו הגדול מחומר אפל. חוקרים בכל רחבי העולם מנסים להוכיח את קיומו. מדוע הוכחה זו כה חשובה? אם יתברר בסופו של דבר שחומר אפל אינו קיים, פירושו של דבר הוא שחוקי הפיזיקה המוכרים לנו הם שגויים, או לפחות לא שלמים.
על פי ההשערה המקובלת כיום, החומר האפל מורכב מחלקיקים הנקראים WIMP, עבור Weakly Interacting Massive Particles: חלקיקים בעלי מסה שמקיימים אינטראקציה חלשה מאוד עם חומר אחר. מכיוון שהחלקיקים אלה אינם פולטים או בולעים קרינה אלקטרומגנטית, קשה מאוד לגלות אותם: השיטות הרגילות בהן הפיזיקאים משתמשים מבוססות ברובן על תגובה לקרינה אלקטרומגנטית.
לצורך הגילוי נבנו, בהשקעה של משאבים רבים, גלאים רגישים במיוחד לאיתור החלקיקים באמצעות התנגשותם בגרעיני אטומים של חומר אחר.
בשנת 2016 שני צוותי מחקר דיווחו על כישלון באיתור WIMPs: בניסוי שנערך בארצות הברית ובניסוי שנערך במאיץ החלקיקים של CERN בשווייץ.
הניסוי הגדול ביותר עד כה, שנקרא XENON1T, נערך בשנה האחרונה במעבדה תת-קרקעית באיטליה. בניסוי השתתפו חוקרים מרחבי העולם, ביניהם גם מדענים ממכון ויצמן. החוקרים השתמשו במיכל תת קרקעי המכיל 1300 ק"ג של קסנון (Xe) במצב צבירה נוזלי שקורר לטמפרטורה של ℃95-. מכיוון שהאינטראקציה של ה-WIMPs עם כל חומר אחר היא חלשה מאוד, תדירות ההתנגשויות הצפויה שלהם עם גרעיני אטומי הקסנון היא נמוכה בהתאם. החוקרים ציפו להתנגשויות בודדות בשנה ולכן תכננו שהניסוי יימשך לאורך שנה שלמה. למרות התקוות שעורר הניסוי הארוך, במאי 2018 דיווחו החוקרים שהחיפושים לאיתור WIMPs הסתיימו ללא הצלחה. החוקרים טוענים שאין להסיק מכך שה-WIMPs אינם קיימים, אלא שתוצאות הניסוי מאפשרות להם להגדיר גבולות חדשים לתחום הרגישות הנדרש לגלאי.
הניסוי הגדול ביותר עד כה לגילוי חלקיקי WIMP. מיכל הקסנון הנוזלי והגלאים של ניסוי XENON1T | תמונה: xenon1t.org
רצף הכישלונות עד כה אינו מרתיע את החוקרים במרדף אחר החלקיקים החמקמקים. צוות המחקר של פרויקט XENON ממשיך להאמין שהם בדרך הנכונה להוכחה, מיישם את מסקנות הניסוי האחרון וכבר מתכנן את הניסוי הבא: XENONnT, שצפוי להתחיל ב-2019. במקביל, חוקרים אחרים בעולם מפתחים השערות חלופיות לטיבו של חומר האפל.
