Neredzama viela caurstrāvo Visumu, izmainot zvaigžņu un galaktiku ceļus.
Šī tā saucamā tumšā matērija rada gravitācijas spēku, taču tā nekad nav mijiedarbojas ar gaismu. Neviens nezina, no kā tas izgatavots, un līdz šim to nav bijis iespējams atklāt. Bet jauna teorija beidzot varētu sniegt veidu, kā pārbaudīt tumšo vielu.
Tumšo matēriju varētu veidot dīvaini pusmagnēti, Kalifornijas Universitātes Deivisa teorētiskie fiziķi sacīja prezentācijā 6. jūnijā Planck 2019 konferencē Granadā, Spānijā. Un, ieslēdzot patiešām jaudīgu (it kā vēl neeksistējošu) elektronu mikroskopu, iespējams, mēs beidzot varēsim tos atklāt.
Bet ne visi fiziķi ir pārliecināti.
"Es domāju, ka tas ir veikls, bet ne pārāk daudzsološs," sacīja Sabīne Hossenfeldere, Frankfurtes Augstāko studiju institūta zinātniskā līdzstrādniece, kura nebija šī pētījuma sastāvdaļa. "Ir bezgalīgi daudz daļiņu, kuras jūs varat izgudrot, kas var veidot tumšo vielu." Tas ir tikai vēl viens no tiem, viņa piebilda.
"Katrai no šīm daļiņām jūs varat veikt daudz aprēķinu, publicēt dokumentus un pārdomāt eksperimentus, pēc kuriem jūs varat mēģināt iegūt finansējumu," viņa teica. "Ja jums patiešām paveicas, kāds veiks jūsu eksperimentu - kurš tad neko neatradīs."
Tumšās matērijas meklējumi
Lai arī teorijas paredz, ka tumšā matērija pastāv, mums nav īsti priekšstatu par to, kā tā izskatās vai no kā tā veidota. Kādu laiku bija "skaists stāsts", ka tumšo matēriju veido apgrūtinošs, kautrīgs daļiņas zvērs, kas pazīstams kā Vāji mijiedarbojošās masīvās daļiņas jeb WIMP, sacīja jaunā pētījuma līdzautors Džons Terings. Kalifornijas Universitātes Deivisa fizikas profesors.
Gadiem ilgi zinātnieki meklēja šīs lēnās, neuzlādējamās daļiņas, izmantojot jaudīgus daļiņu paātrinātājus. Bet laika gaitā fiziķi izslēdza arvien vairāk WIMP kandidātu un populārā ideja zaudēja vilci. Lai arī tas nav pilnībā izslēgts, "pēdējos 10 gadus cilvēki domā par citām iespējām, izņemot WIMP," sacīja Ternings.
Cita teorija ierosina, ka tumšo matēriju faktiski veido gaismas daļiņas vai fotoni.
"Papildus parastajiem fotoniem, ko mēs varam redzēt, varētu būt arī daži fotoni, kurus mēs neredzam," sacīja Ternings. Šie tā sauktie "tumšie fotoni" ir hipotētiskas daļiņas, kurām ir masa, bet tās ir vieglākas par elektroniem. Tumšie fotoni mijiedarbosies - kaut arī diezgan vāji - ar parastajiem fotoniem.
Šajā jaunajā pētījumā Ternings un viņa pēcdoktorantūras pētnieks Kristofers Verharens balstījās uz šo teoriju, ierosinot, ka tumšo matēriju varētu veidot arī tumši pusmagneti. Šie hipotētiskie pusmagnēti būtu ilgi meklēto monopolu jeb magnētu tumšās versijas. kuriem ir tikai viens pols, fiziķis Pols Diraks pirmo reizi ierosināja 20. gadsimta 30. gados. (Neskatoties uz gadu desmitiem ilgām medībām, dabā vēl neviens par tām nav atradis pierādījumus.)
Tomēr Diraks ne tikai ierosināja monopolus; viņš arī ierosināja, ka elektronu, kas pārvietojas ap monopolu, ietekmēs tā magnētiskais lauks. Tātad, ja Terninga un Verhārena teorija ir pareiza, un šo pusmagnētu tumšās versijas slēpjas kaut kur visumā - un ja šie tumšie pusmagnēti rīkotos tāpat kā Diraka monopols - tie arī elektronu ceļos atstātu smalkus pavedienus.
Ja eksistēs tumšie monopoli, tie izstaros tumšos fotonus, kas pirms elektronu absorbcijas var pārveidoties par regulāriem fotoniem, sacīja Ternings. Šī mijiedarbība izraisītu to, ka elektroni pagriežas vai maina kursu tikai nedaudz, radot traucējumus, ko sauc par Aharonova-Bohma efektu. (Elektroni nav tikai daļiņas, bet arī viļņi, un rodas traucējumu raksturs, kad elektronu "viļņu vienādojumā" iegūtie pīķi un ielejas vai nu saskaita, vai atceļ viens otru, izveidojot paralēlas gaismas un tumšās līnijas.) Ternings un Verhārens ierosina, ka, iespējams, viņi, izmantojot elektronu mikroskopus, varētu atklāt šīs ļoti nelielās elektronu traucējumu modeļa izmaiņas.
Aizrauj saule
Ja tumšā matērija pastāv, tā atrodas mūsos un visapkārt mums - ieskaitot jebkuru elektronu staru mikroskopā un ap to, ko mēs to izmantotu. Bet, lai atklātu tumšo vielu caur elektronu traucējumiem, dīvainajiem pusmagnetiem, kas veido tumšo vielu, jābūt pietiekami stipram magnētiskajam laukam. Tas nozīmē, ka šiem pusmagnetiem vajadzētu būt daudz enerģijas.
Monopoli, kas iet netālu no saules, var satraukties, iegūt vairāk enerģijas un pēc tam doties ceļā uz Zemi, sacīja Ternings. Viņš prognozē, ka apmēram pieci no šiem satrauktajiem monopoliem dienā iziet cauri kaut kā viņu ierosinātā elektronu staru mikroskopa lielumam. "Tas nav slikti, jo parasti WIMP detektori būtu priecīgi, ja gadā iegūtu piecus pasākumus," viņš teica.
Turklāt elektronu fāzes izmaiņas, ko rada tumšie pusmagnēti, būtu tik niecīgas, ka, lai tās noteiktu, mums būtu nepieciešami neticami augstas izšķirtspējas elektronu staru mikroskopi - tie, kas šobrīd pastāv, iespējams, nav pietiekami jaudīgi. . Šim elektronu mikroskopam vajadzētu būt izšķirtspējai, kas ir piecas reizes lielāka nekā pašreizējā, sacīja Ternings.
Jebkurā gadījumā mēs ceram "piesaistīt šos cilvēkus ar īpaši izdomātiem elektronu mikroskopiem, kuri to vēlas meklēt", vai arī mums "varētu nākties uzbūvēt vēl vienu, lai tikai sēdētu un gaidītu tumšo vielu", sacīja Ternings.
Viņš sacīja, ka dažādās konkurējošās tumšās matērijas teorijas mums pastāstīs pilnīgi atšķirīgus stāstus par to, kā izveidojās agrīnais Visums. Vēl jo vairāk, ja jūs izdomājat, no kā tumšā matērija faktiski ir izgatavota - neatkarīgi no tā, vai tā ir gaiša vai smaga - daļiņas, cilvēki šeit varētu iedomāties šeit radīt Zemes tumšās vielas rūpnīcas. "Ja tas ir ļoti viegls, jums nav nepieciešams daudz enerģijas, lai izveidotu savu tumšo vielu."
Zinātnieki savu pētījumu publicēja pirmsdrukas žurnālā arXiv. Tas vēl nav salīdzinoši pārskatīts.
