Nematoma medžiaga prasiskverbia į visatą, pakeisdama žvaigždžių ir galaktikų kelius.
Ši vadinamoji tamsi materija traukiasi gravitaciniu būdu, tačiau niekada nesąveikauja su šviesa. Niekas nežino, iš ko jis pagamintas, ir iki šiol to nebuvo įmanoma aptikti. Bet nauja teorija pagaliau galėtų būti būdas patikrinti tamsiąją medžiagą.
„Tamsiąją materiją gali sudaryti keistai atrodantys pusmagnetai“, - sakė Kalifornijos universiteto Daviso universiteto fizikai teoriniai fizikai, pristatydami birželio 6 d. „Planck 2019“ konferencijoje Granadoje (Ispanija). Ir įjungę tikrai galingą (kol kas neegzistuojantį) elektronų mikroskopą, galiausiai galėsime juos aptikti.
Tačiau ne visi fizikai tuo įsitikinę.
„Aš manau, kad jis tvarkingas, bet nelabai perspektyvus“, - teigė tyrimo metu nedalyvavusi Frankfurto pažengusiųjų instituto mokslininkė Sabine Hossenfelder. "Yra be galo daug dalelių, kurias galite sugalvoti, kurios gali sudaryti tamsiąją medžiagą." Tai tik dar vienas iš jų, pridūrė ji.
„Kiekvienai iš šių dalelių galite atlikti daugybę skaičiavimų, publikuoti dokumentus ir apgalvoti eksperimentus, kuriems paskui galite pabandyti gauti finansavimą“, - sakė ji. "Jei jums tikrai pasisekė, kažkas atliks jūsų eksperimentą - kuris tada nieko neras".
Tamsiosios medžiagos ieškojimas
Nors teorijos numato tamsiosios materijos egzistavimą, mes iš tikrųjų nesuvokiame, kaip ji atrodo ar iš ko ji sudaryta. Kurį laiką buvo „graži istorija“, kad tamsiąją medžiagą sudarė pasunkėjęs drovus žvėris dalelė, vadinama silpnai sąveikaujančia didžiule dalele, arba WIMP, sakė naujojo tyrimo bendraautorius Johnas Terningas. Daviso Kalifornijos universiteto fizikos profesorius.
Daugelį metų mokslininkai ieškojo šių lėtų, nemokamų dalelių, naudodami galingus dalelių greitintuvus. Tačiau laikui bėgant fizikai atmetė vis daugiau WIMP kandidatų ir populiari idėja prarado trauką. Nors ir ne visiškai atmesta, „pastaruosius 10 metų žmonės galvojo apie kitas galimybes, išskyrus WIMP“, - teigė Terningas.
Kita teorija teigia, kad tamsiąją medžiagą iš tikrųjų sudaro šviesos dalelės arba fotonai.
"Be įprastų fotonų, kuriuos galime pamatyti, gali būti keletas fotonų, kurių mes nematome", - teigė Terningas. Šie vadinamieji „tamsieji fotonai“ yra hipotetinės dalelės, turinčios masę, tačiau lengvesnės už elektronus. Tamsūs fotonai sąveikaus, nors ir gana silpnai, su įprastais fotonais.
Šiame naujame tyrime Terningas ir jo doktorantas Christopheris Verhaarenas remiasi šia teorija, siūlydami, kad tamsiąją medžiagą taip pat galėtų sudaryti tamsūs pusmagnetai. Šie hipotetiniai pusmagnetai būtų tamsūs ilgai ieškotų monopolių arba magnetų variantai. kurie turi tik vieną polių, tą fizikas Paulius Diracas pirmą kartą pasiūlė 1930-aisiais. (Nepaisant medžioklės dešimtmečių, gamtoje dar niekas nerado įrodymų.)
Vis dėlto Diracas nesiūlė vien monopolių; jis taip pat pasiūlė, kad elektroną, judantį aplink monopolį, paveiktų jo magnetinis laukas. Taigi, jei Terningo ir Verhaareno teorija yra teisinga, o tamsiosios šių pusmagnetų versijos slypi kažkur Visatoje - ir jei tie tamsūs pusmagnetai veiktų kaip Diraco monopolis, jie elektronų keliuose taip pat paliktų subtilių įkalčių.
Jei egzistuotų tamsūs monopoliai, jie skleistų tamsius fotonus, kurie gali virsti įprastais fotonais, prieš juos absorbuodami elektronus, sakė Terningas. Dėl šios sąveikos elektronai pasisuks arba pakeis kursą tik maža dalele, sukuriant trukdžių modelį, vadinamą Aharonovo-Bohmo efektu. (Elektronai nėra vien dalelės, jie taip pat yra bangos, o interferencijos schema yra tokia, kokia atsiranda, kai elektronų „bangos lygties“ smailės ir slėniai susumuoja arba panaikina vienas kitą, sukurdami lygiagrečios šviesos ir tamsios linijos.) Terningas ir Verhaarenas siūlo, kad jiems būtų įmanoma aptikti šį labai nedidelį elektronų trukdžių pokyčius, naudojant elektronų mikroskopus.
Jaudina saulė
Jei egzistuoja tamsi materija, ji yra mumyse ir aplink mus - įskaitant bet kuriame elektronų pluošto mikroskope ir aplink jį, kurį naudosime jai aptikti. Tačiau norint aptikti tamsiąją medžiagą per elektronų pertraukimą, keistai pusmagnetai, sudarantys tamsiąją medžiagą, turi turėti pakankamai stiprų magnetinį lauką. Tai reiškia, kad šie pusmagnetai turėtų turėti daug energijos.
Monopolai, praeinantys šalia saulės, gali susijaudinti, įgyti daugiau energijos ir paskui leisti kelią į Žemę, sakė Terningas. Jis prognozuoja, kad maždaug penki iš šių susijaudinusių vienpolių per dieną praeitų maždaug tokio dydžio, kokio siūlo jų siūlomas elektronų pluošto mikroskopas. „Tai nėra blogai, nes įprasti WIMP detektoriai būtų patenkinti, jei per metus įvyktų penki renginiai“, - sakė jis.
Be to, tamsių pusmagnetų sukeltas elektronų fazės pokytis būtų toks mažas, kad norint jį aptikti, mums prireiktų neįtikėtinai didelės skiriamosios gebos elektroninių pluoštų mikroskopų - tie, kurie egzistuoja, tikriausiai nėra pakankamai galingi. . Šis elektroninis mikroskopas turėtų turėti penkis kartus didesnę skiriamąją gebą nei dabar egzistuojanti, sakė Terningas.
Bet kokiu atveju mes tikimės, kad šie žmonės sudomins ypač išgalvotais elektroniniais mikroskopais, norėdami to ieškoti, arba mums „gali tekti pastatyti dar vieną, kad tik sėdėtume ir lauktumėme tamsiosios medžiagos“, - teigė Terningas.
Pasak jo, įvairios konkuruojančios tamsiosios materijos teorijos pasakys mums visiškai skirtingas istorijas apie tai, kaip susiformavo ankstyvoji visata. Dar daugiau: kai išsiaiškinsi, iš ko tamsioji materija yra pagaminta - nesvarbu, ar tai būtų lengvosios, ar sunkiosios dalelės -, čia galėtų įsivaizduoti, kad žmonės Žemėje gali sukurti tam tikrų medžiagų gamyklas. "Jei jis labai lengvas, jums nereikia daug energijos, kad galėtumėte gaminti savo tamsiąją medžiagą."
Mokslininkai paskelbė savo tyrimą prieš spausdinimo žurnale „ArXiv“. Jis dar nebuvo recenzuotas.
