Am putea să descoperim deja materia întunecată?
Aceasta este întrebarea prezentată într-o nouă lucrare publicată în 12 februarie în Journal of Physics G. Autorii au evidențiat modul în care materia întunecată ar putea fi făcută dintr-o particulă cunoscută sub numele de d * (2380) hexaquark, care a fost probabil detectată în 2014.
Materia întunecată, care exercită o atracție gravitațională, dar care nu emite lumină, nu este vreodată atins sau văzut de nimeni. Nu știm din ce s-a făcut și nenumărate căutări ale lucrurilor au rămas goale. Dar o majoritate copleșitoare de fizicieni sunt convinși că există. Dovada este înghesuită în tot universul: Pâlcuri de stele se învârt cu mult mai repede decât ar trebui altfel, misterioase distorsiuni de lumină pe cerul nopții și chiar găuri înțepate în galaxia noastră de către un dispozitiv de impact nevăzut indică faptul că ceva este acolo - alcătuind cel mai mult din masa universului - pe care încă nu o înțelegem.
Cele mai studiate teorii ale materiei întunecate implică clase întregi de particule niciodată văzute din afara Modelului Standard al fizicii, teoria dominantă care descrie particule subatomice. Cele mai multe dintre acestea se încadrează într-una din cele două categorii: axiunile ușoare și WIMP-urile grele sau particulele masive care interacționează slab. Există și alte teorii mai exotice care implică specii neutrinoase încă nedescoperite sau o clasă teoretică de găuri negre microscopice. Dar rareori cineva propune că materia întunecată este făcută din ceva ce știm deja că există.
Mikhail Bashkanov și Daniel Watts, fizicieni de la Universitatea din York din Anglia, au rupt acel mucegai, susținând că hexaquark-ul d * (2380), sau „stea-d”, ar putea explica toată problema care lipsește.
Quark-urile sunt particule fizice fundamentale în modelul standard. Trei dintre ele legate între ele (folosind particule cunoscute sub numele de gluoni) pot face un proton sau un neutron, blocurile de construcție ale atomilor. Aranjați-le în alte moduri și veți obține particule diferite, mai exotice. Steaua d este o particulă încărcată pozitiv, cu șase quark-uri, pe care cercetătorii cred că a existat timp de o secundă în timpul unui experiment din 2014 la Jülich Research Center din Germania. Pentru că a fost atât de trecătoare, încât detectarea stelei d nu a fost absolut confirmată.
Stelele d individuale nu au putut explica materia întunecată, deoarece nu durează suficient înainte de a se descompune. Cu toate acestea, Bashkanov a spus la Live Science, încă din istoria universului, particulele s-ar fi putut aglomera într-un mod care le-ar fi împiedicat să cadă.
Acest scenariu apare cu neutroni. Scoateți un neutron dintr-un nucleu și acesta se descompune foarte repede, dar amestecați-l cu alți neutroni și protoni din interiorul nucleului, și devine stabil, a spus Bashkanov.
"Hexaquarks se comportă exact în același mod", a spus Bașkanov.
Bashkanov și Watt au susținut că grupuri de stele d ar putea forma substanțe cunoscute sub numele de condensate Bose-Einstein sau BEC-uri. În experimentele cuantice, BEC-urile se formează atunci când temperaturile scad atât de scăzute încât atomii încep să se suprapună și să se amestece, la fel ca protonii și neutronii din interiorul atomilor. Este o stare a materiei distinctă de materia solidă.
La începutul istoriei universului, acei CCE ar fi captat electroni liberi, formând un material încărcat neutru. Au scris fizicienii, o stea d de sarcină neutră BEC, s-ar comporta mult ca materia întunecată: invizibilă, alunecând prin materie luminoasă, fără să-l învârt în mod vizibil, totuși exercită o atracție gravitațională semnificativă asupra universului înconjurător.
Motivul pentru care nu cazi pe un scaun când stai pe el este că electronii scaunului se împing împotriva electronilor din spatele tău, creând o barieră de sarcini electrice negative care refuză să traverseze căile. În condițiile potrivite, a spus Bashkanov, BEC-urile realizate din hexaquarci cu electroni prinși nu ar avea astfel de bariere, alunecând prin alte tipuri de materii precum fantomele perfect neutre.
Aceste BEC s-ar fi putut forma curând după Big Bang, pe măsură ce spațiul a tranziționat dintr-o mare de plasma de quark-gluon fierbinte, fără particule atomice distincte în era noastră modernă, cu particule precum protonii, neutronii și verii lor. În momentul în care s-au format acele particule atomice de bază, condițiile erau perfecte pentru ca BEC-urile hexaquark să precipite din plasma quark-gluonului.
"Înainte de această tranziție, temperatura este prea mare; după ea, densitatea este prea mică", a spus Bashkanov.
În această perioadă de tranziție, quark-urile ar fi putut fi înghețate fie în particule obișnuite, cum ar fi protonii și neutronii, fie în BEC-urile hexaquark care astăzi ar putea constitui materie întunecată, a spus Bashkanov. Dacă aceste BEC-uri hexaquarks sunt acolo, au scris cercetătorii, s-ar putea să le putem detecta. Chiar dacă BEC-urile au o viață destul de lungă, ele vor ocoli ocazional în jurul Pământului. Și acea degradare ar apărea ca o semnătură particulară în detectoarele concepute pentru a detecta razele cosmice și ar apărea ca și cum ar veni din toate direcțiile simultan, ca și cum sursa ar umple tot spațiul.
Următorul pas, au scris ei, este să caute această semnătură.
