Физичари у лову на невидљиву руку која обликује наш универзум и галаксије у њему скренули су поглед према тамној страни. Конкретно, један тим гледа иза сваке космичке стијене за такозване мрачне фотоне, који би могли пренијети раније непознату силу природе.
Ови фотони посредовали би интеракцију између све нормалне материје и невидљиве ствари која се зове тамна материја.
Али научници су одавно схватили да се природа протеже и повлачи и размазује и кидује четири познате силе, па како би се друга сила могла тако дуго скривати од нас? Те четири познате силе чине камен темељац наше свакодневне егзистенције: тиранска, али краткотрајна јака нуклеарна сила, која веже атомска језгра заједно; опскурна и шапутава слаба нуклеарна сила која контролише радиоактивно распадање и разговара са субатомским честицама које се називају неутрини; храбра и светла електромагнетска сила која доминира над нашим животима; и суптилна гравитациона сила, далеко најслабија у квартету.
Користећи ове четири фундаменталне силе, физичари су у стању да насликају портрет наших субатомских и макроскопских света. Не постоји интеракција која не укључује једног од та четири лика. Па ипак, још увијек обилују мистерије у вези са интеракцијама у нашем универзуму, посебно на највећим размерама. Када умањимо величину галаксија и шире, нешто се рибасто догађа, а тој рибљој природи дајемо назив тамна материја.
Да ли је тамна материја једноставна и необуздана или она скрива мноштво претходно непознатих сила у својим копчама? Сада, међународни тим физичара, описујући свој рад на мрежи у часопису за штампу арКсив, користио је депонију података са Великог хадронског сударача - највећег свјетског атома разбијача - како би потражили такву силу. За сада се њихова претрага претворила у празно - што је добро (врста): То значи да наши познати закони физике и даље важе. Али још увек не можемо да објаснимо тамну материју.
Изгубљени у мраку
Тамна материја је хипотетички облик материје за коју се говори да чини око 80% укупне масе свемира. То је велика ствар. Ми заиста не знамо шта је одговорно за све те екстра невидљиве ствари, али знамо да постоје, а наш највећи траг је гравитација. Испитивањем кретања звезда унутар галаксија и галаксија унутар кластера, заједно са еволуцијом највећих структура у космосу, астрономи су скоро универзално дошли до закључка да се галактичким оком не може наћи више од тога.
Боље име за тамну материју може бити невидљива материја. Иако то можемо закључити из његовог гравитационог утицаја (јер ништа не измиче видљивом оку Алберта Ајнштајна), тамна материја једноставно не делује са светлошћу. То знамо јер да је тамна материја сарађивала са светлошћу (или бар, ако је деловала са светлошћу на начин на који то позната материја), већ бисмо видели мистериозну супстанцу. Али колико знамо, тамна материја - шта год да је - не апсорбује светлост, одбија светлост, рефрактура светлост, не расипа светлост и не емитује светлост. За тамну материју, светлост је једноставно персона нон грата; она можда и не постоји.
И тако постоји велика шанса да легије честица тамне материје тренутно теку кроз ваше тело. Комбинована маса тог бескрајног тока може обликовати судбине галаксија путем гравитационог утицаја, али она пролази кроз нормалну материју, чак ни здраво. Чудно, знам, али то је за тебе мрачна ствар.
Доносећи светлост
Пошто не знамо од чега се састоји тамна материја, слободни смо да смислимо свакојаке сценарије, и свакодневне и фантастичне. Најједноставнија слика тамне материје говори да је велика и основна. Да, чини велику већину масе свемира, али састоји се од само једне, веома плодне честице која не ради ништа друго него има масу. То значи да се материјал може представити путем гравитације, али у супротном никада не ступа у интеракцију кроз било коју од других сила. Никада нећемо угледати тамну материју радећи било шта друго.
Измишљени сценарији су забавнији.
Кад се теоретичарима досади, они спремају идеје шта би тамна материја могла бити, и што је још важније, како то можемо открити. Следећи ниво на скали занимљивих теорија о тамној материји каже да та супстанца може повремено да говори нормалној материји путем слабе нуклеарне силе. Та идеја данас мотивира експерименте и детекторе тамне материје широм света.
Али ипак, тај сценарио претпоставља да још увек постоје само четири силе природе. Ако је тамна материја претходно невидљива врста честица, онда је потпуно разумно сугерисати (јер немамо појма да ли смо у праву или не) да долази упакована са непознатом природном силом - или можда паром, ко зна ? Ова потенцијална сила може пустити тамну материју да разговара само са тамном материјом, или може препливати тамну материју и тамну енергију (коју такође не разумемо), или би могла отворити нови канал комуникације између нормалног и мрачног сектора нашег универзума .
Успон мрачног фотона
Један предложени комуникацијски портал између светлих и тамних царстава је нешто што се назива тамни фотон, аналогно познатом (светлом) фотону електромагнетне силе. Тамне фотоне не можемо директно видети или окусити или намирисати, али они се могу мешати са нашим светом. У овом сценарију, тамна материја емитује тамне фотоне, који су релативно масивне честице. То значи да имају ефекте у само кратком домету, за разлику од њихових колега који носе светлост. Али повремено би тамни фотон могао комуницирати са обичним фотоном, мијењајући његову енергију и путању.
Ово би био веома редак догађај; у супротном, давно смо приметили да се нешто електрицно догађа са електромагнетизмом.
Дакле, чак и ако имамо тамне фотоне, не бисмо могли директно видети тамну материју, али могли бисмо да надишемо постојање тамних фотона испитивањем голубова електромагнетних интеракција. У малом делу тих голубова, тамни фотон могао би „украсти“ енергију из обичног фотона, интеракцијом са њим.
Али као што сам рекао, потребни су нам интеракције. Тако се десило да смо изградили дивовске Машине науке да би управо то произвеле, тако да имамо среће.
У арКсив папиру, физичари су пријавили своје резултате након што су прегледали три године вредне податке из Супер Протон Синцхротрона, другог по величини акцелератора честица у ЦЕРН-у. За овај експеримент, научници су разбили протоне на субатомском еквиваленту цигленог зида и погледали све комаде после.
У олупини су истраживачи пронашли електроне - пуно их је. Током три године, научници су рачунали преко 20 милијарди електрона са енергијом преко 100 ГеВ. Пошто су електрони наелектрисане честице и воле да међусобно делују, високоенергетски електрони су у овом експерименту такође родили пуно фотона. Ако постоје тамни фотони, они би понекад требали комуницирати и красти енергију из једног од редовних фотона, феномена који би се у експерименту показао као недостатак свјетла.
Ова претрага тамних фотона појавила се празна - сви нормални фотони били су присутни и евидентирани - али то не искључује у потпуности постојање тамних фотона. Уместо тога, она поставља ограничења на дозвољена својства ових честица. Ако постоје, имали би малу енергију (мању од ГеВ, на основу резултата експеримента) и само би ретко комуницирали са редовним фотонима.
Потрага за тамним фотонима наставља се, међутим, са будућим извођењима експеримента који ће се још више надоградити на ово предложено створење субатомског света.
Прочитајте још: "Тражење мрачне материје у несталим енергетским догађајима са НА64"
Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин "Питајте свемира" и "Свемирски радио, "и аутор"Ваше место у универзуму."
