Fyzici hľadajúci neviditeľnú ruku, ktorá formuje náš vesmír a galaxie v ňom, obrátili svoj pohľad na temnú stránku. Konkrétne jeden tím pozerá za každou kozmickou horninou tzv. Tmavé fotóny, ktoré by mohli prenášať predtým neznámu silu prírody.
Tieto fotóny by sprostredkovávali interakciu medzi všetkou normálnou hmotou a neviditeľnou vecou nazývanou temná hmota.
Vedci už dávno pochopili, že príroda je natiahnutá a ťahaná, rozbíjaná a roztrhaná štyrmi známymi silami, ako by sa nám taká ďalšia sila mohla tak dlho schovávať? Tieto štyri známe sily tvoria základný kameň našej každodennej existencie: tyranskú, ale krátko silnú jadrovú silu, ktorá spája atómové jadrá dohromady; nejasná a tichá slabá jadrová sila, ktorá riadi rádioaktívny rozklad a hovorí k subatomárnym časticiam nazývaným neutrína; odvážna a jasná elektromagnetická sila, ktorá ovláda naše životy; a jemná gravitačná sila, zďaleka najslabšia z kvarteta.
Pomocou týchto štyroch základných síl sú fyzici schopní maľovať portrét našich subatomárnych a makroskopických svetov. Neexistuje žiadna interakcia, ktorá by sa netýkala jedného z týchto štyroch znakov. A predsa, záhady stále chýbajú, pokiaľ ide o interakcie v našom vesmíre, najmä na najväčších mierkach. Keď sa vzdialime od mierky galaxií a ďalej, objaví sa niečo rybovité a dáme tejto rybke meno tmavej hmoty.
Je temná hmota jednoduchá a nezdobená, alebo skrýva vo svojich spojkách množstvo predtým neznámych síl? Teraz medzinárodný tím fyzikov, ktorý opisuje svoju prácu online v predtlačovom časopise arXiv, použil na nájdenie takejto sily výpis údajov z Veľkého Hadrona Collidera - najväčšieho atómového fajčiara na svete. Ich hľadanie sa zatiaľ ukázalo prázdne - čo je dobré (druh): Znamená to, že naše známe fyzikálne zákony stále platia. Stále však nedokážeme vysvetliť temnú hmotu.
Stratené v tme
Temná hmota je hypotetická forma hmoty, o ktorej sa hovorí, že predstavuje asi 80% z celkovej hmotnosti vesmíru. Je to druh veľkého obchodu. V skutočnosti nevieme, čo je zodpovedné za všetky tieto neviditeľné veci, ale vieme, že existuje a našou najväčšou stopou je gravitácia. Skúmaním pohybov hviezd vo vnútri galaxií a galaxií v zhlukoch spolu s vývojom najväčších štruktúr vo vesmíre astronómovia takmer všeobecne dospeli k záveru, že galaktické oko sa stretáva viac než len.
Lepšie meno pre temnú hmotu môže byť neviditeľná hmota. Aj keď ju môžeme odvodiť z jej gravitačného vplyvu (pretože nič neunikne všade viditeľným okom Alberta Einsteina), temná hmota jednoducho nereaguje so svetlom. Vieme to, pretože ak temná hmota interaguje so svetlom (alebo aspoň ak interaguje so svetlom tak, ako to robí známa hmota), už by sme túto záhadnú látku videli. Pokiaľ však vieme, temná hmota - nech je to sakra čokoľvek - neabsorbuje svetlo, odráža svetlo, láma svetlo, rozptyľuje svetlo ani nevyžaruje svetlo. Pre temnú hmotu je svetlo jednoducho persona non grata; nemusí to ani existovať.
A tak existuje veľká šanca, že práve teraz sa cez vaše telo prúdia légie častíc temnej hmoty. Kombinovaná hmota tohto nekonečného toku môže formovať osudy galaxií pomocou gravitačného vplyvu, ale prechádza normálnou hmotou bez toho, aby bola na to ahoj. Rude, viem, ale to je pre vás temná hmota.
Prináša svetlo
Pretože nevieme, z čoho je tmavá hmota vyrobená, sme slobodní, aby sme vytvorili najrôznejšie scenáre, svetské aj fantastické. Najjednoduchší obraz temnej hmoty hovorí, že je veľký a základný. Áno, tvorí prevažnú väčšinu hmoty vesmíru, ale pozostáva iba z jedinej vysoko plodnej častice, ktorá nemá nič iné ako hmotu. To znamená, že sa materiál môže prihlásiť pomocou gravitácie, ale inak nikdy nebude interagovať prostredníctvom žiadnej inej sily. Už nikdy nezažijeme letmý pohľad na temnú hmotu, ktorá robí čokoľvek iné.
Fantastické scenáre sú zábavnejšie.
Keď sa teoretici nudia, pripravujú nápady na to, čo môže byť temná hmota, a čo je dôležitejšie, ako sme ju mohli zistiť. Ďalšia úroveň na škále zaujímavých teórií temnej hmoty hovorí, že látka môže občas hovoriť s normálnou hmotou prostredníctvom slabej jadrovej sily. Táto myšlienka motivuje experimenty s temnou hmotou a detektory po celom svete.
Tento scenár však predpokladá, že stále existujú iba štyri prírodné sily. Ak je temná hmota skôr neviditeľným druhom častice, potom je úplne rozumné navrhnúť (pretože nemáme tušenie, či máme pravdu alebo nie), že prichádza zabalená s predtým neznámou silou prírody - alebo možno pár, ktorý vie, ? Táto potenciálna sila by mohla nechať temnú hmotu hovoriť iba s temnou hmotou, alebo by sa mohla prelínať temná hmota a temná energia (ktorej tiež nerozumieme), alebo by to mohlo otvoriť nový komunikačný kanál medzi normálnymi a tmavými oblasťami nášho vesmíru. ,
Vzostup temného fotónu
Jedným z navrhovaných komunikačných portálov medzi svetlými a tmavými ríšami je niečo, čo sa nazýva temný fotón, ktorý je podobný známemu (svetelnému) fotónu elektromagnetickej sily. Priame tmavé fotóny nevidíme ani necítime ani necítime, ale môžu sa miešať s naším svetom. V tomto scenári tmavá hmota emituje tmavé fotóny, ktoré sú relatívne masívnymi časticami. To znamená, že majú účinky iba na krátku vzdialenosť, celkom na rozdiel od ich náprotivkov so svetlom. Ale občas by tmavý fotón mohol interagovať s bežným fotónom, meniť jeho energiu a trajektóriu.
Toto by bola veľmi zriedkavá udalosť; inak by sme si už dávno všimli niečo zábavné, čo sa deje s elektromagnetizmom.
Takže ani pri tmavých fotónoch by sme nemohli priamo vidieť temnú hmotu, ale mohli by sme vyčarovať existenciu temných fotónov skúmaním kvapiek elektromagnetických interakcií. V malej časti týchto kvapiek mohol tmavý fotón „interagovať“ s normálnym fotónom „ukradnúť“ energiu z bežného fotónu.
Ale ako som už povedal, potrebujeme veľa interakcií. Stáva sa to tak, že sme postavili gigantické stroje vedy, aby sme to mohli presne vyrobiť, takže máme šťastie.
V článku arXiv fyzici uviedli svoje výsledky po preskúmaní údajov za tri roky od Super Proton Synchrotron, druhého najväčšieho urýchľovača častíc v CERN. Pri tomto experimente vedci rozbili protóny proti subatomárnemu ekvivalentu tehlovej steny a pozreli sa na ne všetky následky.
V troskách vedci našli elektróny - veľa z nich. V priebehu troch rokov vedci počítali viac ako 20 miliárd elektrónov s energiami nad 100 GeV. Pretože elektróny sú nabité častice a radi navzájom interagujú, vysokoenergetické elektróny v tomto experimente tiež priniesli veľa fotónov. Ak existujú tmavé fotóny, mali by niekedy interagovať a ukradnúť energiu z jedného z bežných fotónov, čo je jav, ktorý by sa v experimente ukázal ako nedostatok svetla.
Toto hľadanie temných fotónov vyšlo prázdne - boli prítomné a zodpovedali všetky normálne fotóny - to však úplne nevylučuje existenciu temných fotónov. Namiesto toho obmedzuje prípustné vlastnosti týchto častíc. Ak existujú, mali by na základe výsledkov experimentu nízku energiu (menej ako GeV) a len zriedka by interagovali s bežnými fotónmi.
Hľadanie temných fotónov však pokračuje s budúcimi priebehmi experimentu, ktoré sa ešte viac chystajú domov v tomto navrhovanom stvorení subatomárneho sveta.
Prečítajte si viac: „Hľadanie temných vecí v prípade chýbajúcich energetických udalostí s NA64“
Paul M. Sutter je astrofyzik na Štátna univerzita v Ohiu, hostiteľ „Spýtajte sa Spaceman" a „Vesmírne rádio, „a autor“Vaše miesto vo vesmíre."
