Nevidljiva supstanca prožima svemir, mijenjajući putove zvijezda i galaksija.
Ova takozvana tamna tvar djeluje gravitacijski, ali nikada ne djeluje na svjetlost. Nitko ne zna od čega je načinjen i do sada ga je bilo nemoguće otkriti. No nova bi teorija napokon mogla pružiti način ispitivanja tamne materije.
Tamnu materiju mogli bi sačinjavati čudni polumagneti, rekli su teorijski fizičari sa Sveučilišta u Kaliforniji, Davis, na prezentaciji 6. lipnja na konferenciji Planck 2019 u Granadi, Španjolska. A uključivanjem stvarno moćnog (još uvijek nepostojećeg) elektronskog mikroskopa konačno bismo ih mogli otkriti.
Ali nisu uvjereni svi fizičari.
"Mislim da je uredno, ali ne i vrlo obećavajuće", rekla je Sabine Hossenfelder, znanstvena suradnica Frankfurtskog instituta za napredne studije, koja nije bila dio studije. "Postoji bezbroj čestica koje možete izmisliti koje mogu činiti tamnu materiju." Ovo je samo još jedan od njih, dodala je.
"Za svaku od tih čestica možete napraviti puno proračuna, objaviti radove i smisliti eksperimente, za koje ćete onda pokušati dobiti sredstva", rekla je. "Ako stvarno imate sreće, netko će napraviti vaš eksperiment - koji tada ništa neće pronaći."
Potraga za tamnom materijom
Iako teorije predviđaju postojanje tamne materije, mi zapravo nemamo pojma kako to izgleda niti od čega se stvara. Neko je vrijeme postojala „lijepa priča“ da se tamna tvar sastoji od drhtave, sramežljive zvijeri čestice poznate kao slabo interaktivna masivna čestica, ili WIMP, rekao je koautor nove studije, John Terning, profesor fizike na Kalifornijskom sveučilištu u Davisu.
Godinama su znanstvenici pretraživali te spore, neiscrpne čestice koristeći snažne akceleratore čestica. No kako je vrijeme odmicalo, fizičari su isključivali sve više i više kandidata za WIMP - i popularna ideja izgubila je privlačnost. Iako nije u potpunosti isključeno, "posljednjih 10 godina ljudi su razmišljali o drugim mogućnostima osim WIMP-a", rekao je Terning.
Druga teorija predlaže da se tamna tvar sastoji od čestica svjetlosti, odnosno fotona.
"Pored običnih fotona koje možemo vidjeti, mogli bi postojati i neki fotoni koje ne možemo vidjeti", rekao je Terning. Ti takozvani "tamni fotoni" hipotetičke su čestice koje imaju masu, ali su lakše od elektrona. Tamni fotoni djelovali bi - iako prilično slabo - s pravilnim fotonima.
U ovoj novoj studiji Terning i njegov postdoktorski istraživač Christopher Verhaaren temeljili su se na ovoj teoriji, predlažući da se tamna tvar može također sastojati od tamnih polmagneta. Ti hipotetički polmagneti bili bi tamne verzije dugotraženih monopola ili magneta koji imaju samo jedan pol, što je fizičar Paul Dirac prvi put predložio u 1930-ima. (Unatoč desetljećima lova, još nitko nije pronašao dokaze za njih u prirodi.)
Dirac nije samo predlagao monopole; također je predložio da na elektron koji se kreće oko monopola utječe njegovo magnetsko polje. Dakle, ako je teorija Terninga i Verhaarena tačna, a tamne verzije tih polusjepova magneta vrebaju negdje u svemiru - a ako ti tamni polusi magneti djeluju poput Diracovog monopola - također bi ostavili suptilne tragove na stazama elektrona.
Ako postoje tamni monopoli, oni bi emitirali tamne fotone koji se mogu transformirati u pravilne fotone prije nego što ih apsorbiraju elektroni, rekao je Terning. Ta interakcija uzrokovala bi rotaciju elektrona ili promjenu smjera samo malom djelom, stvarajući interferencijski uzorak nazvan Aharonov-Bohm efekt. (Elektroni nisu samo čestice, već su i valovi, a obrazac interferencije je ono što se pojavljuje kada vrhovi i doline elektronske "jednadžbe valova" ili se međusobno zbrajaju ili otkazuju, stvarajući niz paralelnih svjetla i tamne linije.) Terning i Verhaaren predlažu da bi mogli otkriti ovu vrlo malu promjenu u obradi elektronskih interferencija pomoću elektronskih mikroskopa.
Uzbuđena suncem
Ako postoji tamna tvar, ona je u nama i svuda oko nas - uključujući i u bilo kojem mikroskopu s elektronskim snopovima koji bismo koristili za njegovo otkrivanje. Ali da bi otkrili tamnu materiju kroz svoje uznemiravanje elektrona, čudni polmagneti koji čine tamnu tvar morali bi imati dovoljno jako magnetsko polje. To znači da bi za ove polumagnete trebalo imati puno energije.
Monopoli koji prolaze blizu sunca mogli bi se uzbuditi, dobiti više energije i zatim se spustiti do Zemlje, rekao je Terning. Predviđa da bi oko pet tih uzbuđenih monopola dnevno prošlo kroz nešto veličine predloženog mikroskopa elektronskih zraka. "To nije loše jer bi uobičajeni WIMP detektori bili sretni ako bi imali pet događaja godišnje", rekao je.
Uz to, promjena faze elektrona uzrokovana tamnim polmagnetima bila bi toliko sitna da bi nam za otkrivanje bili potrebni nevjerojatno mikroskopi elektronskih zraka visoke rezolucije - oni koji trenutno postoje vjerojatno nisu dovoljno moćni , Ovaj bi elektronski mikroskop trebao imati razlučivost koja je pet puta veća od one koja trenutno postoji, rekao je Terning.
U svakom slučaju, nadamo se da ćemo „privući ove ljude sa super fantastičnim elektronskim mikroskopima zainteresiranima za potragu za tim“ ili bismo „možda morali sagraditi još jedan samo za sjedenje i čekanje tamne materije“, rekao je Terning.
Različite konkurentske teorije tamne materije ispričale bi nam potpuno različite priče o tome kako se formirao rani svemir, rekao je. Štoviše, nakon što shvatite od čega se zapravo sastoji tamna materija - bilo da je laka ili teška čestica - ljudi bi mogli zamisliti, vrste vrsta tvornica tamne materije, ovdje na Zemlji. "Ako je vrlo lagan, ne treba vam mnogo energije da biste proizveli svoju tamnu materiju."
Znanstvenici su svoju studiju objavili u pretpristupnom časopisu arXiv. Još nije recenziran.
