Apie 80% visos kosmoso medžiagos formos yra visiškai nežinomos dabartinei fizikai. Mes tai vadiname tamsiąja materija, nes kuo geriau galime pasakyti, kad ji… tamsi. Eksperimentais visame pasaulyje bandoma užfiksuoti pasklidusią tamsiosios medžiagos dalelę, tikintis ją suprasti, tačiau iki šiol jie pasirodė tušti.
Neseniai teoretikų komanda pasiūlė naują būdą, kaip medžioti tamsiąją medžiagą, naudojant keistas „daleles“, vadinamas magnonais, pavadinimą, kurį aš tiesiog nesugalvojau. Teoretikai teigia, kad šie maži bangeliai gali privilioti net trumpalaikę, lengvą tamsiosios medžiagos dalelę iš paslėpimo.
Tamsiosios medžiagos dėlionė
Mes žinome visokius dalykus apie tamsiąją medžiagą, išskyrus tai, kas tai yra.
Nors mes negalime jo tiesiogiai aptikti, matome tamsiosios medžiagos įrodymus, kai tik atidarome savo teleskopus platesnei visatai. Pirmasis apreiškimas dar 1930-aisiais įvyko stebint galaktikų grupes, kai kurias didžiausias struktūras Visatoje. Juose apgyvendintos galaktikos tiesiog per greitai judėjo, kad būtų laikomos kartu kaip klasteris. Taip yra todėl, kad bendra galaktikų masė suteikia gravitacinius klijus, kurie palaiko klasterį kartu - kuo didesnė masė, tuo stipresni klijai. Ypač stiprūs klijai gali sulaikyti net greičiausiai judančias galaktikas. Bet kuris greitesnis ir grupavimas paprasčiausiai išsisklaidytų.
Tačiau ten buvo klasteriai, kurių galaktikos aplinkui šurmuliavo daug greičiau, nei turėtų suteikti klasterio masė. Kažkas turėjo pakankamai gravitacinio sukibimo, kad sulaikytų grupes, bet kažkas neišmetė ir nesikišo su šviesa.
Ši paslaptis išliko neišspręsta per dešimtmečius, ir aštuntajame dešimtmetyje astronomas Vera Rubinas smarkiai aplenkė priešakį stebėdamas žvaigždes galaktikose. Vėlgi, viskas judėjo per greitai: atsižvelgiant į stebimą masę, mūsų visatos galaktikos turėjo išsiskirti prieš milijardus metų. Kažkas juos sulaikė. Kažkas nematyto.
Pasakojimas kartojamas visame kosmose tiek laike, tiek erdvėje. Nuo ankstyvosios šviesos nuo Didžiojo sprogimo iki didžiausių struktūrų Visatoje, kažkas funky yra.
Ieškoma tamsoje
Taigi tamsiosios materijos yra labai daug - mes tiesiog negalime rasti jokios kitos pagrįstos hipotezės, kad paaiškintume duomenų cunamį, pagrindžiantį jo egzistavimą. Bet kas tai? Mūsų geriausias spėjimas yra, kad tamsiosios medžiagos yra kažkokios naujos egzotiškos dalelės, iki šiol nežinomos fizikai. Šiame paveiksle kiekviena galaktika užlieja tamsiąją medžiagą. Tiesą sakant, matoma galaktikos dalis, matoma per žvaigždes ir dujų bei dulkių debesis, yra tik mažytis švyturys, pastatytas prieš daug didesnį, tamsesnį krantą. Kiekviena galaktika sėdi dideliame „halogene“, sudarytame iš zilijonų ant zilijonų tamsiosios medžiagos dalelių.
Šios tamsiosios medžiagos dalelės šiuo metu teka per jūsų kambarį. Jie transliuoja per jus. Nesibaigiantis lietaus dušas yra mažos, nematomos tamsiosios medžiagos dalelės. Bet tu paprasčiausiai jų nepastebi. Jie nesąveikauja su šviesa ar įkrautomis dalelėmis. Jūs esate pagaminti iš įkrautų dalelių ir esate labai draugiški šviesai; tu esi nematomas tamsiajai materijai ir tamsioji materija tau yra nematoma. Vienintelis būdas „pamatyti“ tamsiąją medžiagą yra per gravitacinę jėgą; gravitacija pastebi bet kokią materijos ir energijos formą visatoje, tamsią ar ne, todėl didžiausiais masteliais stebime visų šių nesuskaičiuojamų dalelių bendrosios masės įtaką. Bet čia, tavo kambaryje? Nieko.
Nebent mes tikimės, kad yra dar koks būdas, kuriuo tamsiosios medžiagos sąveikauja su mumis. Gali būti, kad tamsiosios materijos dalelė, kad ir kokia ji bebūtų, taip pat jaučia silpną branduolinę jėgą, kuri yra atsakinga už radioaktyvųjį skilimą, atverdama naują langą į šią paslėptą sferą. Įsivaizduokite, kad pastatysite milžinišką detektorių, tiesiog didelę bet kurio daikto dalį, kurį turite. Per ją teka tamsiosios materijos dalelės, beveik visos jos yra visiškai nekenksmingos. Bet kartais, atsižvelgiant į tam tikrą tamsiosios medžiagos modelį, praeinanti dalelė per silpną branduolinę jėgą sąveikauja su vienu iš detektoriaus elementų atominių branduolių, nustumdama ją į vietą ir padarydama visą detektoriaus masę. strėlinė.
Įveskite magnoną
Ši eksperimentinė sąranka veikia tik tuo atveju, kai tamsiosios medžiagos dalelė yra gana sunki, suteikiant jai pakankamai oomfos, kad išmušti branduolį vienoje iš tų retų sąveikų. Tačiau iki šiol nė vienas iš tamsiųjų medžiagų detektorių visame pasaulyje nebuvo matęs sąveikos pėdsakų, net po daugelio metų ieškant. Eksperimentams pradėjus veikti, pamažu buvo atmetamos leistinos tamsiosios medžiagos savybės. Tai nebūtinai yra blogas dalykas; mes tiesiog nežinome, iš ko sudaryta tamsi materija, todėl kuo daugiau žinome apie tai, kas tai nėra, tuo aiškesnis vaizdas, koks jis gali būti.
Bet rezultatų trūkumas gali šiek tiek nerimauti. Gaunami sunkiausi tamsiųjų medžiagų kandidatai, ir jei paslaptinga dalelė yra per šviesi, ji niekada nebus matoma detektoriuose, nes jie yra nustatyti dabar. Tai yra, nebent yra kitas būdas, kad tamsiosios materijos galėtų susikalbėti su įprastine materija.
Neseniai paskelbtame internetiniame žurnale „arXiv“ paskelbtame straipsnyje fizikai išsamiai aprašė siūlomą eksperimentinę sąranką, kuri galėtų pastebėti tamsiosios medžiagos dalelę keičiant elektronų sukimąsi (jei iš tikrųjų tam tikrosios medžiagos gali tai padaryti). Atliekant šią konfigūraciją, galima aptikti tamsiąją medžiagą, net jei įtariama dalelė yra labai lengva. Tai gali padaryti, sukurdamas vadinamuosius magnonus medžiagoje.
Apsimesti, kad turite medžiagos gabaliuką absoliučios nulio temperatūroje. Visi tuo klausimu esančių elektronų sukimai - kaip mažyčiai mažų juostų magnetai - bus nukreipti ta pačia kryptimi. Lėtai keliant temperatūrą, kai kurie elektronai pradės žadinti, suktis ir atsitiktinai nukreipti savo sukimus priešinga kryptimi. Kuo aukščiau pakeliate temperatūrą, tuo daugiau elektronų sukasi - ir kiekvienas iš jų sumažina magnetinį stiprumą tik šiek tiek. Kiekvienas iš tų apverstų sukinių taip pat sukelia nedidelį medžiagos energijos suplūdimą, o į tuos kaiščius galima žiūrėti kaip į keturkampę dalelę, o ne į tikrąją dalelę, bet į tai, ką tokiu būdu galite apibūdinti su matematika. Šios keturkampės dalelės yra žinomos kaip „magnonai“ tikriausiai todėl, kad jos yra kaip maži, mieli, maži magnetai.
Taigi, jei jūs pradedate nuo tikrai šaltos medžiagos, o pakankamai tamsiosios medžiagos dalelių atsitrenkia į medžiagą ir apsuka keletą sukinių, pastebėsite magnonus. Dėl eksperimento jautrumo ir sąveikos pobūdžio ši sąranka gali aptikti lengvą tamsiosios medžiagos dalelę.
Tai yra, jei jis egzistuoja.
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, šeimininkas Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir autorius Jūsų vieta Visatoje.
