O substanță invizibilă pătrunde în univers, modificând căile stelelor și galaxiilor.
Această așa-numită materie întunecată exercită o atracție gravitațională, dar nu interacționează niciodată cu lumina. Nimeni nu știe din ce este făcut și a fost imposibil de detectat până acum. Dar o nouă teorie ar putea furniza în cele din urmă un mod de a testa materia întunecată.
Materia întunecată ar putea fi formată din jumătăți ciudate ciudate, au spus fizicienii teoretici de la Universitatea California, Davis, în cadrul unei prezentări din 6 iunie, la conferința Planck 2019 din Granada, Spania. Și pornind un microscop electronic puternic (deocamdată inexistent), am putea în cele din urmă să le detectăm.
Dar nu toți fizicienii sunt convinși.
"Cred că este îngrijit, dar nu foarte promițător", a spus Sabine Hossenfelder, o colegă de cercetare la Institutul de Studii Avansate din Frankfurt, care nu a făcut parte din studiu. „Există infinit de multe particule pe care le poți inventa care pot constitui materie întunecată”. Acesta este doar un altul dintre ei, a adăugat ea.
"Pentru fiecare din aceste particule puteți face o mulțime de calcule, publica articole și puteți gândi experimente, pentru care apoi puteți încerca să obțineți finanțare", a spus ea. „Dacă sunteți cu adevărat norocos, cineva vă va face experimentul - care nu va găsi nimic”.
Căutarea materiei întunecate
Deși teoriile prevăd că materia întunecată există, nu avem idee cu adevărat cum arată sau din ce este făcută. Pentru o vreme, a existat „o poveste frumoasă” că materia întunecată a fost formată dintr-o fiară timidă și timidă a unei particule cunoscute sub numele de Particule masive cu interacțiuni slabe sau WIMP, a declarat co-autorul noului studiu, John Terning, un profesor de fizică la Universitatea din California, Davis.
Ani de zile, oamenii de știință au căutat aceste particule lente, fără sarcină, folosind acceleratoare puternice de particule. Dar, pe măsură ce timpul a trecut, fizicienii au exclus mai mulți candidați WIMP, iar ideea populară a pierdut tracțiunea. Deși nu a exclus totul, „în ultimii 10 ani, oamenii s-au gândit la alte posibilități, altele decât WIMP-urile”, a spus Terning.
O altă teorie propune că materia întunecată este de fapt formată din particule de lumină sau fotoni.
„Pe lângă fotonii obișnuiți pe care îi putem vedea, ar putea exista și fotoni pe care nu îi putem vedea”, a spus Terning. Acești așa-numiți "fotoni întunecați" sunt particule ipotetice care au masă, dar sunt mai ușoare decât electronii. Fotonii întunecați ar interacționa - deși destul de slab - cu fotoni obișnuiți.
În acest nou studiu, Terning și cercetătorul său postdoctoral, Christopher Verhaaren, s-au bazat pe această teorie, propunând că materia întunecată ar putea fi alcătuită și din jumătăți magneti întunecați. Acești semiprepați ipotetici ar fi versiuni întunecate ale monopolurilor sau magneților căutați de multă vreme. care au doar un singur pol, pe care fizicianul Paul Dirac l-a propus pentru prima dată în anii '30. (În ciuda deceniilor de vânătoare, nimeni nu a găsit încă dovezi pentru ei în natură.)
Dirac nu a propus doar monopoluri; el a mai propus ca un electron care se deplasează în jurul unui monopol să fie influențat de câmpul său magnetic. Așadar, dacă teoria lui Terning și Verhaaren ar fi corectă, iar versiunile întunecate ale acestor jumătăți de magneți ascund undeva în univers - și dacă acești semirecoli întunecați ar acționa ca monopolul lui Dirac - ar lăsa, de asemenea, indicii subtile pe căile electronilor.
Dacă monopolurile întunecate ar exista, ei ar emite fotoni întunecați care se pot transforma în fotoni obișnuiți înainte de a fi absorbiți de electroni, a spus Terning. Această interacțiune ar face ca electronii să se rotească sau să schimbe cursul doar un bit minuscul, producând un model de interferență numit efect Aharonov-Bohm. (Electronii nu sunt doar particule, ci sunt și valuri, iar un model de interferență este ceea ce apare atunci când vârfurile și văile din „ecuația de undă” a electronului fie se adună, fie se anulează reciproc, creând o serie de lumină paralelă și linii întunecate.) Terning și Verhaaren propun că ar putea fi capabili să detecteze această modificare foarte ușoară a modelelor de interferențe electronice folosind microscopuri electronice.
Incantat de soare
Dacă materia întunecată există, este în noi și în jurul nostru - inclusiv în și în jurul oricărui microscop cu fascicul de electroni pe care l-am folosi pentru a-l detecta. Însă pentru a detecta materia întunecată prin perturbarea sa de electroni, jumătățile ciudate care formează materia întunecată ar trebui să aibă un câmp magnetic suficient de puternic. Asta înseamnă că acești jumătăți de magneți ar trebui să aibă multă energie.
Monopolurile care trec în apropierea soarelui ar putea deveni excitate, să câștige mai multă energie și apoi să-și croiască drumul către Pământ, a spus Terning. El prezice că aproximativ cinci dintre aceste monopole emoționate pe zi ar trece prin ceva de dimensiunea microscopului cu fascicul de electroni propus. "Nu este rău, deoarece de obicei detectoarele WIMP ar fi fericiți dacă ar primi cinci evenimente pe an", a spus el.
În plus, modificarea fazei electronilor cauzată de semimecanii întunecați ar fi atât de mică încât, pentru a o detecta, ar fi nevoie de microscopuri cu fascicul de electroni de rezoluție incredibil de înaltă - cele existente în prezent probabil nu sunt suficient de puternice. . Acest microscop electronic ar trebui să aibă o rezoluție de cinci ori mai mare decât cea existentă în prezent, a spus Terning.
În orice caz, sperăm să „îi facem pe acești oameni cu microscopele electronice super-fanteziste interesate să caute acest lucru”, sau „ar trebui să construim altul doar pentru a sta și a aștepta materia întunecată”, a spus Terning.
A spus el diferitele teorii concurente ale materiei întunecate ne-ar spune povești complet diferite despre cum s-a format universul timpuriu. Ba mai mult, odată ce vă dați seama din ce materie întunecată este formată de fapt - fie că este vorba de particule ușoare sau grele - oamenii ar putea concepe în mod obișnuit fabrici de materie întunecată, de felul acesta, pe Pământ. „Dacă este foarte ușoară, nu ai nevoie de multă energie pentru a-ți produce propria materie întunecată”.
Oamenii de știință și-au publicat studiul în jurnalul preprint arXiv. Încă nu a fost revizuită de la egal la egal.
