Jesmo li možda već otkrili tamnu materiju?
To je pitanje postavljeno u novom radu objavljenom 12. februara u časopisu Journal of Physics G. Autori su istakli kako tamna materija može biti izrađena od čestice poznate kao d * (2380) heksakark, koja je vjerojatno otkrivena 2014. godine.
Tamna materija, koja vrši gravitacijsko povlačenje, ali ne emitira svjetlost, nije nešto što niko nikada nije dotaknuo ili vidio. Ne znamo od čega se stvara, a bezbroj pretraga stvari ispalo je prazno. Ali velika većina fizičara uvjerena je da postoji. Dokazi su nagomilani po cijelom svemiru: Klasteri zvijezda vrte se daleko brže nego što bi inače trebali, tajanstvena izobličenja svjetlosti po noćnom nebu, pa čak i rupe koje su u našoj galaksiji probušile nevidljive udarne glave upućuju na to da je nešto vani - tvoreći većinu mase svemira - koju još ne razumijemo.
Najraširenije teorije tamne materije uključuju čitave klase nikad viđenih čestica izvana izvan Standardnog modela fizike, dominantne teorije koja opisuje subatomske čestice. Većina njih se uklapa u jednu od dvije kategorije: lagane osovine i teški WIMP ili slabo masivne čestice. Postoje i druge, egzotičnije teorije koje uključuju još uvijek neotkrivene vrste neutrina ili teorijsku klasu mikroskopskih crnih rupa. Ali rijetko tko predlaže da je tamna tvorevina napravljena od nečega za što već znamo da postoji.
Mihail Bashkanov i Daniel Watts, fizičari na Sveučilištu York u Engleskoj, slomili su taj kalup, tvrdeći da bi šesterokut d * (2380), ili "d-star", mogao objasniti sve stvari koje nedostaju.
Kvarkovi su temeljne fizičke čestice u Standardnom modelu. Tri od njih povezana (pomoću čestica poznatih kao gluoni) mogu napraviti proton ili neutron, građevne blokove atoma. Rasporedite ih na druge načine i dobit ćete različite, egzotičnije čestice. D-zvijezda je pozitivno nabijena čestica sa šest kvarkova za koju istraživači vjeruju da je postojala samo djelić sekunde tijekom eksperimenta 2014. godine u njemačkom istraživačkom centru Jülich. Budući da je bilo tako brzo, to otkrivanje d-zvijezda nije apsolutno potvrđeno.
Pojedine d-zvijezde nisu mogle objasniti tamnu materiju jer ne traju dovoljno dugo prije raspada. Međutim, rekao je Baškanov Live Scienceu, na početku svemira, čestice bi se mogle sjediniti na način koji bi ih spriječio da propadnu.
Taj se scenarij događa s neutronima. Izvadite neutron iz jezgre i on se vrlo brzo raspada, ali pomiješajte ga s drugim neutronima i protonima unutar jezgre i on postaje stabilan, rekao je Baškanov.
"Šesterokutnici se ponašaju na potpuno isti način", rekao je Bashkanov.
Bashkanov i Watts teoretizirali su da skupine d-zvijezda mogu tvoriti tvari poznate kao Bose-Einstein kondenzati ili BEC. U kvantnim eksperimentima BEC nastaju kada temperature padnu toliko nisko da se atomi počinju preklapati i stapati se, pomalo poput protona i neutrona unutar atoma. To je stanje materije razlikuje se od čvrste materije.
Početkom povijesti svemira, ti BEC-ovi bi hvatali slobodne elektrone, tvoreći materijal koji je neutralno nabijen. BEC neutralno nabijene d-zvijezde, napisali su fizičari, ponašao bi se poput tamne materije: nevidljiv, klizajući kroz svjetlosnu tvar bez primjetnog preletavanja oko sebe, a istovremeno bi napravio značajan gravitacijski potez oko okolnog svemira.
Razlog kada ne sjednete na stolicu kad sjednete na njega je taj što se elektroni stolice guraju protiv elektrona na stražnjoj strani, stvarajući barijeru od negativnih električnih naboja koji odbijaju prijeći stazu. Pod pravim uvjetima, rekao je Bashkanov, BEC-ovi napravljeni od šesterokuta s zarobljenim elektronima ne bi imali takve prepreke, prolazeći kroz druge vrste materije poput savršeno neutralnih duhova.
Ovi BEC-ovi bi se mogli formirati ubrzo nakon Velikog praska, jer se prostor premještao iz mora vruće kvark-gluonske plazme bez izrazitih atomskih čestica u naše moderno doba s česticama poput protona, neutrona i njihovih rođaka. U trenutku kad su se formirale te osnovne atomske čestice, bili su savršeni uvjeti da se heksakarkinski BEC talože iz kvark-gluonske plazme.
"Prije ovog prijelaza, temperatura je previsoka; nakon nje gustoća je preniska", rekao je Bashkanov.
Tijekom ovog prijelaznog razdoblja, kvarkovi su se mogli smrznuti ili u obične čestice, poput protona i neutrona, ili u heksakvarski BEC koji danas mogu činiti tamnu tvar, rekao je Bashkanov. Ako su ovi šesterokutni BEC-ovi vani, napisali su istraživači, možda bismo ih mogli otkriti. Iako su BEC-ovi prilično dugovječni, povremeno će propadati oko Zemlje. A taj bi se raspad pokazao kao poseban potpis u detektorima dizajniranim za uočavanje kozmičkih zraka i izgledao bi kao da dolazi iz svakog smjera odjednom kao da izvor ispunjava sav prostor.
Sljedeći korak je, napisali su, traženje tog potpisa.
