Невидљива супстанца прожима свемир, мењајући путање звезда и галаксија.
Ова такозвана тамна материја делује гравитационо, али никада не делује узајамно са светлошћу. Нико не зна од чега се ствара и то је до сада било немогуће открити. Али нова теорија би напокон могла да пружи начин за тестирање тамне материје.
Тамна материја могла би бити састављена од чудних полумагнета, рекли су теоријски физичари са Калифорнијског универзитета у Дејвису на презентацији 6. јуна на конференцији Планцк 2019 у Гранади, Шпанија. А укључивањем стварно моћног (још увек непостојећег) електронског микроскопа коначно бисмо могли да их откријемо.
Али нису сви физичари уверени.
"Мислим да је то уредно, али није много обећавајуће", рекла је Сабине Хоссенфелдер, научна сарадница са Франкфуртског института за напредне студије, која није била део студије. "Постоји бесконачно много честица које можете измислити које могу чинити тамну материју." Ово је само још једна од њих, додала је.
"За сваку од тих честица можете направити пуно прорачуна, објавити радове и смислити експерименте, за које ћете онда покушати добити средства", рекла је. "Ако заиста имате среће, неко ће направити ваш експеримент - који тада ништа неће пронаћи."
Потрага за тамном материјом
Иако теорије предвиђају постојање тамне материје, ми немамо појма како то изгледа или од чега се ствара. Неко време је постојала „лепа прича“ да се тамна материја састоји од дрхтаве, срамежљиве звери од честице познате као слабо интерактивна масивна честица, или ВИМП, рекао је коаутор нове студије, Јохн Тернинг, а професор физике на Калифорнијском универзитету у Давису.
Годинама су научници трагали за тим спорим, неисцрпним честицама користећи моћне акцелераторе честица. Али како је време одмицало, физичари су искључили све више и више ВИМП кандидата - и популарна идеја је изгубила привлачност. Иако није у потпуности искључено, „последњих 10 година људи размишљају о другим могућностима, осим ВИМП-а“, рекао је Тернинг.
Друга теорија предлаже да се тамна материја састоји од честица светлости или фотона.
"Поред обичних фотона које можемо видети, могао би бити и неких фотона које не можемо видети", рекао је Тернинг. Ови такозвани "тамни фотони" су хипотетичке честице које имају масу, али су лакше од електрона. Тамни фотони би деловали - иако прилично слабо - са регуларним фотонима.
У овој новој студији, Тернинг и његов постдокторски истраживач Цхристопхер Верхаарен базирали су се на овој теорији, предлажући да се тамна материја такође састоји од тамних пол-магнета. Ти хипотетички пол-магнети били би тамне верзије дуготражених монопола или магнета који имају само један пол, који је физичар Паул Дирац први пут предложио 1930-их. (Упркос деценијама лова, нико још није пронашао доказе за њих у природи.)
Међутим, Дирац није само предлагао монополе; такође је предложио да ће електрон који се креће око монопола утицати на његово магнетно поље. Дакле, ако је Тернингова и Верхааренова теорија тачна, а тамне верзије ових полумагнета вребају негде у свемиру - а ако ти тамни полуси магнети делују као Дираков монопол - такође би оставили суптилне трагове на стазама електрона.
Ако постоје тамни монополи, они би емитирали тамне фотоне који се могу трансформирати у правилне фотоне прије него што их електрони апсорбују, рекао је Тернинг. Ова интеракција би проузроковала да се електрони ротирају или промене курс само ситно, стварајући интерференцијски образац који се зове Ахаронов-Бохм ефекат. (Електрони нису само честице, већ су и таласи, а интерференцијски образац се појављује када се врхови и долине у „таласној једначини“ електрона или сабрају или откажу једни друге, стварајући низ паралелних светлости и тамне линије.) Тернинг и Верхаарен предлажу да би могли да открију ову врло малу промену образаца интерференције електрона помоћу електронских микроскопа.
Узбуђено сунцем
Ако тамна материја постоји, она је у нама и свуда око нас - укључујући и у било којем микроскопу електронским сноповима који бисмо користили за његово откривање. Али да би детектовали тамну материју кроз своје узнемиравање електрона, чудни пол-магнети који чине тамну материју би морали да имају довољно снажно магнетно поље. То значи да би овим полумагнетима требало да имају пуно енергије.
Монополи који пролазе близу сунца могли би се узбудити, добити више енергије и затим се спустити до Земље, рекао је Тернинг. Предвиђа да ће око пет ових узбуђених монопола дневно проћи кроз нешто величине предложеног микроскопа електронских зрака. "То није лоше јер би уобичајени ВИМП детектори били сретни ако би имали пет догађаја годишње", рекао је.
Поред тога, промена фазе електрона изазвана тамним пол магнетима била би толико ситна да би нам за откривање били потребни невероватно микроскопи електронских зрака високе резолуције - они који тренутно постоје вероватно нису довољно моћни . Овај електронски микроскоп мора имати резолуцију која је пет пута већа од оне која тренутно постоји, рекао је Тернинг.
У сваком случају, надамо се да ћемо „ове људе са супер фантастичним електронским микроскопима заинтересовати за потрагу за тим“ или бисмо „можда морали да направимо још један само да бисмо седели и чекали тамну материју“, рекао је Тернинг.
Различите конкурентне теорије о тамној материји испричале би нам потпуно различите приче о томе како се формирао рани универзум, рекао је. Шта више, једном када схватите од чега се тамна материја заправо састоји - било да је реч о светлима или тешким честицама - људи би могли замислити неке врсте фабрика тамне материје, овде на Земљи. "Ако је веома лаган, не треба вам много енергије да бисте произвели своју тамну материју."
Научници су своју студију објавили у часопису за штампу арКсив. Још увек није рецензиран.
