Fizikai, ieškantys nematomos rankos, formuojančios mūsų visatą, ir joje esančios galaktikos, nukreipė žvilgsnį į tamsiąją pusę. Tiksliau, viena komanda už kiekvienos kosminės uolos ieško vadinamųjų tamsiųjų fotonų, kurie galėtų perduoti anksčiau nežinomą gamtos jėgą.
Šie fotonai tarpininkautų visos normalios materijos ir nematomos medžiagos, vadinamos tamsiąja medžiaga, sąveikai.
Tačiau mokslininkai jau seniai suprato, kad gamta yra ištempta ir ištempta, smulkinta ir suplėšyta keturių žinomų jėgų, tad kaip dar viena jėga galėjo taip ilgai nuo mūsų pasislėpti? Tos keturios žinomos jėgos sudaro kertinį mūsų kasdienio egzistavimo akmenį: tironiška, bet trumpalaikė stipri branduolinė jėga, jungianti atominius branduolius; neaiški ir visiškai tyliai veikianti silpna branduolinė jėga, kontroliuojanti radioaktyvųjį skilimą ir veikianti subatomines daleles, vadinamas neutrinomis; drąsi ir ryški elektromagnetinė jėga, kuri dominuoja mūsų gyvenime; ir subtili gravitacinė jėga, iki šiol silpniausia kvarteto dalis.
Naudodamiesi šiomis keturiomis pagrindinėmis jėgomis, fizikai sugeba nubraižyti mūsų subatominio ir makroskopinio pasaulio vaizdus. Nėra sąveikos, kurioje nebūtų nė vieno iš tų keturių simbolių. Ir vis dėlto paslapčių vis dar gausu dėl sąveikos mūsų visatoje, ypač didžiausiuose mastuose. Kai priartėjame prie galaktikų mastelio ir už jo ribų, įvyksta kažkas žuvytės, ir tam žuvienei suteikiame tamsiosios medžiagos pavadinimą.
Ar tamsiosios materijos paprastumas ir nepuošyba, ar ji slepia daugybę anksčiau nežinomų pajėgų? Dabar tarptautinė fizikų komanda, aprašydama savo darbą internete prieš spausdinimo žurnale „arXiv“, pasinaudojo duomenų šaltiniu iš „Large Hadron Collider“ - didžiausio pasaulyje atominio triuškintojo - ieškodama tokios jėgos. Dabar jų paieška pasirodė tuščia - kas yra gerai (tarsi): tai reiškia, kad vis dar galioja mūsų žinomi fizikos įstatymai. Bet mes vis dar negalime paaiškinti tamsiosios materijos.
Pasiklydo tamsoje
Tamsioji materija yra hipotetinė materijos forma, kuri, kaip teigiama, sudaro apie 80% visos Visatos masės. Tai savotiškai didelis dalykas. Mes iš tikrųjų nežinome, kas yra atsakingas už visus šiuos nematomus dalykus, bet mes žinome, kad jie egzistuoja, o mūsų didžiausias užuomina yra sunkumas. Nagrinėdami žvaigždžių judesius galaktikose ir galaktikas klasteriuose, kartu su didžiausių kosmoso struktūrų evoliucija, astronomai beveik visuotinai priėjo išvadą, kad galaktikos akyje yra daugiau nei kas sutinkama.
Geresnis tamsiųjų medžiagų pavadinimas gali būti nematoma medžiaga. Nors mes galime daryti išvadą apie jo gravitacinę įtaką (nes nieko neišeina iš Alberto Einšteino visų matytų akių), tamsiosios medžiagos tiesiog nesąveikauja su šviesa. Mes tai žinome, nes jei tamsiosios materijos sąveikautų su šviesa (arba bent jau, jei ji sąveikautų su šviesa taip, kaip daro pažįstama materija), mes jau dabar būtume matę paslaptingą medžiagą. Bet, kiek mes galime pasakyti, tamsiosios materijos - kad ir kokia bebūtų bebūtų - nesugeria šviesos, neatspindi šviesos, laužo šviesą, neišsklaido ir neišmeta šviesos. Tamsiosios materijos atveju šviesa yra tiesiog persona non grata; jos gali net nebūti.
Taigi yra didelė tikimybė, kad šiuo metu pro jūsų kūną teka legionai tamsiosios medžiagos dalelių. Bendra tos begalinės srovės masė gali formuoti galaktikų likimus per gravitacinę įtaką, tačiau ji praeina per normalią materiją net nesisveikindama. Grubus, aš žinau, bet tai tau tamsus dalykas.
Atnešė šviesą
Kadangi mes nežinome, iš ko sudaryta tamsiosios materijos, galime sudaryti įvairius scenarijus, tiek kasdieniškus, tiek išgalvotus. Paprasčiausias tamsiosios medžiagos paveikslas sako, kad ji yra didelė ir pagrindinė. Taip, ji sudaro didžiąją dalį Visatos masės, tačiau ją sudaro tik viena labai gausi dalelė, kuri neveikia nieko kito, bet turi masę. Tai reiškia, kad medžiaga gali pranešti apie save per gravitaciją, tačiau kitaip niekada nesikiša per kitas jėgas. Niekada niekada neįžvelgsime tamsiosios materijos, darydami ką nors kita.
Įspūdingiausi scenarijai yra smagesni.
Kai teoretikai nuobodžiauja, jie rengia idėjas, kokia galėtų būti tamsi materija, o dar svarbiau, kaip galėtume ją aptikti. Kitas įdomių tamsiosios medžiagos teorijų lygmuo yra toks, kad cheminė medžiaga retkarčiais gali susikalbėti su normalia medžiaga per silpną branduolinę jėgą. Ši idėja skatina motyvuoti tamsiosios medžiagos eksperimentus ir detektorius visame pasaulyje.
Tačiau vis dėlto šiame scenarijuje daroma prielaida, kad vis dar yra tik keturios gamtos jėgos. Jei tamsiosios medžiagos yra anksčiau nematytos rūšies dalelės, tada visiškai pagrįsta siūlyti (nes mes net neįsivaizduojame, ar mes teisūs, ar ne), kad ji yra supakuota su anksčiau nežinoma gamtos jėga - o gal pora, kas žino ? Ši potenciali jėga gali leisti tamsiajai medžiagai susikalbėti tik su tamsiąja medžiaga, ji gali susieti tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją (kurios mes taip pat nesuprantame), arba ji gali atverti naują ryšio kanalą tarp normaliųjų ir tamsiųjų mūsų visatos sektorių. .
Tamsaus fotono pakilimas
Vienas iš siūlomų ryšių portalo tarp šviesos ir tamsos sferų yra tai, kas vadinama tamsiuoju fotonu, analogišku pažįstamam (šviesos) elektromagnetinės jėgos fotonui. Negalime tiesiogiai pamatyti, paragauti ar užuosti tamsių fotonų, tačiau jie gali susimaišyti su mūsų pasauliu. Pagal šį scenarijų tamsiosios medžiagos skleidžia tamsius fotonus, kurie yra palyginti masyvios dalelės. Tai reiškia, kad jie turi efektų tik nedideliu atstumu, priešingai nei jų šviesą atspindintys kolegos. Bet kartais tamsus fotonas gali sąveikauti su įprastu fotonu, pakeisdamas jo energiją ir trajektoriją.
Tai būtų labai retas įvykis; kitaip mes jau seniai būtume pastebėję, kad kažkas neįtikėtino vyksta su elektromagnetizmu.
Taigi net su tamsiaisiais fotonais negalėtume tiesiogiai pamatyti tamsiosios medžiagos, tačiau mes galime užuosti apie tamsiųjų fotonų egzistavimą tirdami elektromagnetinės sąveikos bangas. Nedidelėje dalelėje tų obuolių tamsus fotonas gali „pavogti“ energiją iš įprasto fotono, sąveikaudamas su juo.
Bet kaip aš sakiau, mums reikia tam tikros sąveikos. Tiesiog taip nutinka, kad mes sukūrėme milžiniškas mokslo mašinas, kad gautume būtent tai, taigi mums pasisekė.
„ArXiv“ dokumente fizikai pranešė apie savo rezultatus, ištyrę trejų metų vertės duomenis iš „Super Proton Synchrotron“ - antrojo pagal dydį CERN dalelių greitintuvo. Atlikdami šį eksperimentą, mokslininkai sutriuškino protonus prieš plytų sienos subatominį atitikmenį ir apžiūrėjo visus padarinius.
Atliekose nuolaužos tyrėjai rado elektronų - daug jų. Per trejus metus mokslininkai suskaičiavo per 20 milijardų elektronų, kurių energija viršija 100 GeV. Kadangi elektronai yra įkrautos dalelės ir mėgsta sąveikauti tarpusavyje, didelės energijos elektronai šiame eksperimente taip pat sužadino daug fotonų. Jei egzistuoja tamsūs fotonai, tada jie kartais turėtų sąveikauti ir pavogti energiją iš vieno iš įprastų fotonų - reiškinys, kuris eksperimente pasireikštų kaip šviesos stoka.
Ši tamsių fotonų paieška atėjo tuščia - visi normalūs fotonai buvo ir buvo apskaičiuoti -, tačiau tai ne visiškai atmeta tamsių fotonų egzistavimą. Vietoj to, tai apriboja leistinas šių dalelių savybes. Jei jie egzistuotų, jie būtų mažai energijos (mažesni nei GeV, remiantis eksperimento rezultatais) ir tik retai sąveikautų su įprastais fotonais.
Tačiau tamsių fotonų paieška tęsiama, kai būsimi eksperimento darbai bus atlikti dar toliau šiame siūlomame subatominio pasaulio padare.
Skaitykite daugiau: „Tamsiųjų medžiagų paieška trūkstant energijos renginių naudojant NA64“
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, „Paklauskite erdvėlaivio" ir "Kosminis radijas, „ir“Jūsų vieta Visatoje."
