Fiziķi, meklējot neredzamo roku, kas veido mūsu Visumu, un tajā esošās galaktikas, ir pievērsuši savu skatienu tumšajai pusei. Konkrēti, viena komanda aiz katras kosmiskās klints meklē tā sauktos tumšos fotonus, kas varētu pārraidīt iepriekš nezināmu dabas spēku.
Šie fotoni būtu starpniecība starp visu normālo matēriju un neredzamo lietu, ko sauc par tumšo matēriju.
Bet zinātnieki jau sen ir sapratuši, ka dabu izstiepj un velk, kā arī sasmērē un saplēš četri zināmi spēki, tad kā gan cits spēks varēja tik ilgi slēpties no mums? Šie četri zināmie spēki veido mūsu ikdienas eksistences stūrakmeni: tirānisks, bet īslaicīgs spēcīgs kodolspēks, kas kopā saista atomu kodolus; neskaidrs un klusumā kluss vājš kodolspēks, kas kontrolē radioaktīvo sabrukšanu un runā ar subatomiskajām daļiņām, ko sauc par neitrīniem; drosmīgs un spilgts elektromagnētiskais spēks, kas dominē mūsu dzīvē; un smalkais gravitācijas spēks, kas ir līdz šim vājākais no kvarteta.
Izmantojot šos četrus pamata spēkus, fiziķi spēj uzgleznot mūsu subatomiskās un makroskopiskās pasaules portretu. Nav mijiedarbības, kurā nebūtu iesaistīts neviens no šiem četriem burtiem. Un tomēr noslēpumu joprojām ir daudz attiecībā uz mijiedarbību mūsu Visumā, it īpaši lielākajos mērogos. Tuvojoties galaktiku skaitam un ārpus tā, notiek kaut kas neticams, un mēs šai zivtiņai piešķiram tumšās matērijas nosaukumu.
Vai tumšā matērija ir vienkārša un bez izskata, vai arī tā sajūgos slēpj iepriekš nezināmus spēkus? Tagad starptautiska fiziķu komanda, aprakstot savu darbu tiešsaistē pirmsdrukas žurnālā arXiv, šāda spēka meklēšanai ir izmantojusi datu kopumu no lielās hadronu sadursmes rīka - pasaules lielākā atomu iznīcinātāja. Pagaidām viņu meklēšana ir izrādījusies tukša - kas ir labi (sava veida): Tas nozīmē, ka joprojām ir spēkā mūsu zināmie fizikas likumi. Bet mēs joprojām nevaram izskaidrot tumšo vielu.
Pazuduši tumsā
Tumšā matērija ir hipotētiska matērijas forma, kas, domājams, veido apmēram 80% no Visuma masas. Tas ir diezgan liels darījums. Mēs īsti nezinām, kas ir atbildīgs par visu šo neredzamo lietu, bet mēs zinām, ka tā pastāv, un mūsu lielākais pavediens ir smagums. Izpētot zvaigžņu kustības galaktikās un galaktiku kopās, kā arī kosmosa lielāko struktūru evolūciju, astronomi gandrīz vispārēji ir nonākuši pie secinājuma, ka tur ir kas vairāk par galaktisko aci.
Labāks tumšās matērijas nosaukums varētu būt neredzamā matērija. Kaut arī mēs to varam secināt no tā gravitācijas ietekmes (jo nekas neizbēg no Alberta Einšteina visu redzošās acs), tumšā matērija vienkārši nav mijiedarbībā ar gaismu. Mēs to zinām, jo, ja tumšā matērija mijiedarbotos ar gaismu (vai vismaz, ja tā mijiedarbotos ar gaismu tādā veidā, kā to dara pazīstamā matērija), mēs jau tagad būtu redzējuši noslēpumaino vielu. Bet, cik mēs varam pateikt, tumšā matērija - lai cik liela tā būtu - neuztver gaismu, neatstaro gaismu, refrakcijas gaismu, izkliedē gaismu un neizstaro gaismu. Attiecībā uz tumšo vielu gaisma ir vienkārši persona non grata; tas, iespējams, pat nepastāv.
Un tā ir liela iespējamība, ka šobrīd no jūsu ķermeņa straumēs plūst leģionāri tumšās vielas daļiņu. Šīs bezgalīgās straumes kopējā masa var ietekmēt galaktiku likteņus, izmantojot gravitācijas iedarbību, bet tā caur parasto matēriju iziet pat bez sveiciena. Rupjš, es zinu, bet tas jums ir tumšs jautājums.
Nes gaismu
Tā kā mēs nezinām, no kā tiek veidota tumšā matērija, mēs varam brīvi veidot visu veidu scenārijus - gan ikdienišķus, gan iedomīgus. Vienkāršākais tumšās vielas attēls saka, ka tā ir liela un pamata. Jā, tas veido lielāko daļu Visuma masas, bet tas sastāv tikai no vienas, ļoti ražīgas daļiņas, kurai nav nekā cita, bet kurai ir masa. Tas nozīmē, ka materiāls var sevi atklāt, izmantojot gravitācijas spēku, bet citādi nekad nedarbojas mijiedarbībā ar citiem spēkiem. Mēs nekad un nekad nepieredzēsim tumšo matēriju, darot kaut ko citu.
Fantastiski scenāriji ir jautrāki.
Kad teorētiķiem ir garlaicīgi, viņi gatavo idejas par to, kas varētu būt tumšā matērija, un vēl svarīgāk ir, kā mēs to varētu atklāt. Nākamais līmenis, kas atrodas interesantu tumšās vielas teoriju mērogā, saka, ka viela laiku pa laikam var sarunāties ar normālu vielu, izmantojot vāju kodolspēku. Šī ideja motivē tumšās vielas eksperimentus un detektorus visā pasaulē šodien.
Tomēr scenārijā tiek pieņemts, ka joprojām ir tikai četri dabas spēki. Ja tumšā matērija ir iepriekš neredzēts daļiņu veids, tad ir pilnīgi saprātīgi ieteikt (jo mums nav ne mazākās nojausmas, vai mums ir taisnība vai nē), ka tā nāk ar iepriekš nezināmu dabas spēku - vai varbūt pāris, kurš zina ? Šis potenciālais spēks var ļaut tumšajai matērijai runāt tikai ar tumšo matēriju, vai arī tas var savstarpēji saistīt tumšo matēriju un tumšo enerģiju (ko mēs arī nesaprotam), vai arī tas var atvērt jaunu saziņas kanālu starp mūsu Visuma parasto un tumšo sektoru .
Tumšā fotona pieaugums
Viens ierosinātais komunikācijas portāls starp gaismas un tumšo pasauli ir kaut kas, ko sauc par tumšo fotonu, kas ir analogs pazīstamajam (gaišajam) elektromagnētiskā spēka fotonam. Tiešos tumšos fotonus mēs neredzam, negaršojam un nesmaržojam, bet tie, iespējams, sajaucas ar mūsu pasauli. Šajā scenārijā tumšā viela izstaro tumšos fotonus, kas ir salīdzinoši masīvas daļiņas. Tas nozīmē, ka tiem ir efekti tikai nelielā diapazonā, atšķirībā no viņu gaismu nesošajiem kolēģiem. Bet reizēm tumšs fotons varētu mijiedarboties ar parasto fotonu, mainot tā enerģiju un trajektoriju.
Tas būtu ļoti rets notikums; pretējā gadījumā mēs jau sen būtu pamanījuši kaut ko bailīgu, kas notiek ar elektromagnētismu.
Tātad, pat ar tumšajiem fotoniem mēs nevarētu tieši redzēt tumšo vielu, bet mēs varētu izpētīt tumšo fotonu esamību, izpētot elektromagnētiskās mijiedarbības mērķus. Nelielā šo gobju daļā tumšs fotons, mijiedarbojoties ar to, varētu "nozagt" enerģiju no regulārā fotona.
Bet, kā es teicu, mums ir nepieciešama mijiedarbība. Tā notiek, ka mēs esam izveidojuši milzu zinātnes mašīnu, lai tieši to ražotu, tāpēc mums veicas.
ArXiv rakstā fiziķi ziņoja par saviem rezultātiem, pārbaudot trīs gadu vērtīgus datus no Super Proton Synchrotron, kas ir otrs lielākais CERN daļiņu paātrinātājs. Šim eksperimentam zinātnieki sašāva protonus pret ķieģeļu sienas subatomisko ekvivalentu un apskatīja visus pēcspēka gabalus.
Vrakos pētnieki atrada elektronus - daudz no tiem. Trīs gadu laikā zinātnieki saskaitīja vairāk nekā 20 miljardus elektronu ar enerģiju virs 100 GeV. Tā kā elektroni ir uzlādētas daļiņas un tiem patīk mijiedarboties savā starpā, arī augstas enerģijas elektroni šajā eksperimentā radīja daudz fotonu. Ja pastāv tumšie fotoni, tad dažreiz tiem vajadzētu mijiedarboties ar kādu no parastajiem fotoniem un zagt enerģiju - parādība, kas eksperimentā parādītos kā gaismas trūkums.
Šis tumšo fotonu meklēšana bija tukšs - visi normālie fotoni bija klāt un tika uzskaitīti -, bet tas pilnībā neizslēdz tumšo fotonu esamību. Tā vietā tas ierobežo šo daļiņu pieļaujamās īpašības. Ja tie pastāv, tiem būtu zema enerģija (mazāka par GeV, pamatojoties uz eksperimenta rezultātiem) un tikai reti mijiedarbotos ar parastajiem fotoniem.
Tumšo fotonu meklēšana tomēr turpinās, turpinot eksperimenta turpmāko virzību uz mājām vēl vairāk par šo ierosināto subatomātiskās pasaules radījumu.
Lasīt vairāk: "Dark Matter Search for Missing Energy Events With NA64"
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkst Ohaio štata universitāte, “Jautājiet kosmosa darbiniekam" un "Kosmosa radio, "un" autorsTava vieta Visumā."
