Око 80% све материје у космосу је облика потпуно непознатог тренутној физици. Ми то називамо тамном материјом, јер најбоље можемо рећи да је ... мрачна. Експерименти широм света покушавају да ухвате залуталу честицу тамне материје у нади да ће је разумети, али до сада су се испразнили.
Недавно је тим теоретичара предложио нови начин лова на тамну материју користећи чудне „честице“ назване магнони, име које нисам тек измислио. Те ситне пукотине могле би да савуку чак и брзе, лагане честице тамне материје из скривања, кажу они теоретичари.
Слагалица тамне материје
Знамо све врсте ствари о тамној материји, с изузетком онога што је.
Иако га директно не можемо открити, доказе тамне материје видимо чим отворимо наше телескопе према ширем свемиру. Прво откривење, још у тридесетим годинама КСКС века, дошло је посматрањем кластера галаксија, неких од највећих структура у свемиру. Галаксије које су их настањивале једноставно су се кретале пребрзо да би се држале заједно као грозд. То је зато што колективна маса галаксија даје гравитационо љепило које држи грозд заједно - што је већа маса, то је љепило јаче. Супер јак лепак може држати заједно чак и најбрже покретне галаксије. Било који бржи и кластер би се једноставно распао.
Али тамо су гроздови били постојећи, а галаксије су се унутар њих зујале далеко брже него што би требале да дају маси кластера. Нешто је имало довољно гравитационог хватања да држи кластере заједно, али нешто није исијавало или ушло у интеракцију са светлошћу.
Та мистерија се непрекидно одржавала током деценија, а астрономка Вера Рубин 1970-их је увећала анте кроз посматрање звезда унутар галаксија. Опет, ствари су се кретале пребрзо: С обзиром на своју посматрану масу, галаксије у нашем универзуму су се требале раздвојити пре милијарде година. Нешто их је држало заједно. Нешто невиђено.
Прича се понавља по читавом космосу, и у времену и у простору. Од најстарије светлости од Великог праска до највећих структура у свемиру, нешто је фајн.
Претрага у мраку
Дакле, тамне материје је ту веома много - једноставно не можемо пронаћи ниједну другу одрживу хипотезу која би објаснила цунами података у прилог његовом постојању. Али шта је то? Наше најбоље претпоставимо да је тамна материја нека нова, егзотична честица, до сада непозната физици. На овој слици тамна материја преплавља сваку галаксију. У ствари, видљиви део галаксије, гледан кроз звезде и облаке гаса и прашине, само је малени светионик постављен на много већу, мрачнију обалу. Свака галаксија седи у великом „халу“ сачињеном од зилиона на зилионима честица тамне материје.
Те честице тамне материје тренутно теку кроз вашу собу. Тече кроз вас. Киша киша непрекидних, невидљивих честица тамне материје. Али једноставно их не примећујете. Они не комуницирају са светлошћу или са наелектрисаним честицама. Направљени сте од набијених честица и веома сте пријатни са светлошћу; ви сте невидљиви за тамну материју и тамна материја је невидљива за вас. Једини начин на који „видимо“ тамну материју је путем гравитационе силе; гравитација примећује сваки облик материје и енергије у свемиру, таман или не, тако да на највећим размерама посматрамо утицај комбиноване масе свих тих безбројних честица. Али овде у твојој соби? Ништа.
Осим ако се надамо да постоји неки други начин на који тамна материја делује с нама нормалном материјом. Могуће је да честица тамне материје, без обзира на то ђаво, такође осети слабу нуклеарну силу - која је одговорна за радиоактивно распадање - отвара нови прозор у то скривено царство. Замислите да направите џиновски детектор, само велику масу било којег елемента који сте имали при руци. Честице тамне материје теку кроз њу, а готово све су потпуно безопасне. Али понекад, реткост која зависи од одређеног модела тамне материје, честица која пролази интеракцијом са једним од атомских језгара елемената у детектору врши се путем слабе нуклеарне силе, избацујући је са места и стварајући целу масу детектора. подрхтавање.
Уђите у магнон
Ово експериментално постављање делује само ако је честица тамне материје релативно тешка, што му даје довољно оомфе да избаци језгро у једној од тих ретких интеракција. Али до сада, ниједан детектор тамне материје широм света није видео никакав траг интеракције, чак ни после година и година тражења. Како су се експерименти успоставили, дозвољена својства тамне материје су полако искључена. Ово није нужно лоше; једноставно не знамо од чега се ствара тамна материја, па што више знамо о чему се не ради, јаснија је слика онога што би могло бити.
Али недостатак резултата може бити мало забрињавајући. Искључени су најтежи кандидати за тамну материју, а ако је мистериозна честица превише светла, то се никада неће видети у детекторима као што су постављени. То јест, осим ако постоји други начин да тамна материја може разговарати са редовном материјом.
У недавном чланку објављеном у интернетском часопису арКсив, физичари детаљно описују предложене експерименталне поставке које би могле уочити честице тамне материје у чину промене спина електрона (ако, у ствари, тамна материја то може учинити). У овом подешавању може се открити тамна материја, чак и ако је сумњива честица веома светла. То се може постићи стварањем такозваних магнона у материјалу.
Претпоставите да имате комад материјала на температури апсолутне нуле. Сви спинови - попут ситних малих магнетних трака - свих електрона у тој материји усмераваће се у истом смеру. Док полако подижете температуру, неки електрони ће се почети будити, вртети се и насумично усмјеравати своје вртње у супротном смеру. Што више подижете температуру, више електрона ће се намотати - и сваки од тих прегиба смањује магнетну снагу само за мало. Свака од ових окренутих спинова такође изазива мало таласа у енергији материјала, а те перике могу да се посматрају као квази честица, а не као права честица, али нешто што математиком можете описати на тај начин. Ови квазипартикли познати су и као "магнони", вероватно зато што су попут ситних, слатких малих магнета.
Дакле, ако започнете са стварно хладним материјалом, а довољно честица тамне материје удари у материјал и окренете неке вртове око себе, приметићете магнове. Због осетљивости експеримента и природе интеракција, ово подешавање може открити лагану честицу тамне материје.
То јест, ако постоји.
Паул М. Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају, домаћин Питајте свемира и Свемирски радиои аутора Ваше место у универзуму.
