Találhattunk volna már sötét anyagot?
Ez a kérdés, amelyet egy új, február 12-én kiadott, a Journal of Physics G-ben megjelent cikkben fogalmaztak meg. A szerzők körvonalazták, hogyan lehet sötét anyagot készíteni egy d * (2380) hexaquark néven ismert részecskéből, amelyet valószínűleg 2014-ben észleltek.
A sötét anyag, amely gravitációs vonzást gyakorol, de nem bocsát ki fényt, nem valami olyasvalaki, akit valaki megérintett vagy látott. Nem tudjuk, miből készül, és a dolgok számtalan keresése üresen jött. De a fizikusok túlnyomó többsége meg van győződve arról, hogy létezik. A bizonyítékok az egész világegyetemben vakok: A csillagcsoportok sokkal gyorsabban forognak, mint amilyennek egyébként kellene lenniük, a fény rejtélyes torzulása az éjszakai égbolton, és még a lyukak is, amelyeket galaxisunkban egy láthatatlan ütköző ütött be, arra utalnak, hogy valami ott van - ami a legtöbb az univerzum tömegének - amit még nem értünk.
A sötét anyag elméleteiben a legszélesebb körben vizsgált elméletek soha nem látott részecskék egész osztályát foglalják magukban, amelyek jóval kívül esnek a fizika standard modelljében, az uralkodó elmélet a szubatomi részecskéket leírja. Ezek többsége belefér két kategóriába: a könnyű tengelyek és a nehéz WIMP-k, vagy gyengén kölcsönhatásba lépő masszív részecskék. Vannak más, egzotikusabb elméletek is, amelyek a még fel nem fedezett neutrinos fajokat vagy a mikroszkopikus fekete lyukak elméleti osztályát érintik. De ritkán javasolja valaki, hogy a sötét anyag olyan anyagból készül, amelyről már tudjuk, hogy létezik.
Mihail Bashkanov és Daniel Watts, az angliai York-i Egyetem fizikusai megtörték ezt a sablont, azzal érvelve, hogy a d * (2380) hexaquark, vagyis "d-csillag" megmagyarázhatja az összes hiányzó anyagot.
A kvarkok alapvető fizikai részecskék a standard modellben. Három közülük egymáshoz kötve (gluonoknak nevezett részecskékkel) protont vagy neutronot képezhetnek, amelyek az atomok építőkövei. Rendelje meg őket más módon, és különféle, egzotikusabb részecskéket kap. A d-csillag pozitív töltésű, hat kvarc részecske, amely a kutatók szerint egy másodpercnyi rágcsálással létezett egy 2014-es kísérlet során a német Jülich kutatóközpontban. Mivel annyira átmeneti volt, a d-csillag észlelését nem igazolták meg.
Az egyes d-csillagok nem tudták megmagyarázni a sötét anyagot, mert nem elég hosszú ideig, mielőtt elbomlanak. Bashkanov azonban a Live Science elmondta, hogy a világegyetem történetének korai szakaszában a részecskék oly módon összerakódtak, hogy megakadályozzák őket a pusztulástól.
Ez a forgatókönyv neutronokkal történik. Vegye ki a magból egy neutronot, amely nagyon gyorsan lebomlik, de keverje össze más atomokon belül lévő neutronokkal és protonokkal, és stabilizálódik - mondta Bashkanov.
"A Hexaquarks pontosan ugyanúgy viselkedik" - mondta Bashkanov.
Bashkanov és Watts elmélete szerint a d-csillagok csoportjai Bose-Einstein kondenzátumnak vagy BEC-nek nevezett anyagokat képezhetnek. Kvantumkísérletek során a BEC-k akkor alakulnak ki, amikor a hőmérsékletek olyan alacsonyak esnek, hogy az atomok átfedésben vannak és összeolvadnak, hasonlóan az atomokon belüli protonokhoz és neutronokhoz. Ez az anyag állapota különbözik a szilárd anyagtól.
Az univerzum történetének korai szakaszában ezek a BEC-k szabad elektronokat fogtak el, és semlegesen töltött anyagot alkotnak. A semlegesen töltött d-csillag BEC, a fizikusok írták, nagyjából úgy viselkedik, mint a sötét anyag: láthatatlan, átcsúszik a világító anyagon anélkül, hogy észrevehetően becsapná azt, ugyanakkor jelentős gravitációs vonzást gyakorol a környező univerzumra.
Az a tény, hogy nem esik át egy széken, amikor rá ülsz, az az, hogy a szék elektronjai a hátsó részének elektronjaihoz nyomódnak, és megakadályozzák a negatív elektromos töltések akadályát, amelyek megtagadják az utak átlépését. Megfelelő feltételek mellett - mondta Baškanov - a csapdába esett elektronokkal rendelkező hexakarkokból készült BEC-knek nem lennének ilyen akadályok, és átcsúszhatnak más anyagon, például teljesen semleges szellemeken.
Ezek a BEC-k valószínűleg a nagy robbanás után alakultak ki, amikor a tér a forró kvarkk-gluon plazma tengeréből, amelyben nem voltak megkülönböztethető atomi részecskék, átkerült a modern korszakba olyan részecskékkel, mint protonok, neutronok és unokatestvéreik. Abban a pillanatban, amikor ezek az alapvető atomrészecskék kialakultak, a körülmények tökéletesek voltak ahhoz, hogy a hexaquark BEC-k kicsapódjanak a kvark-gluon plazmából.
"Ez az átmenet előtt a hőmérséklet túl magas; utána a sűrűség túl alacsony" - mondta Baškanov.
Ebben az átmeneti időszakban a kvarkok belefagyhattak vagy normál részecskékbe, például protonokba és neutronokba, vagy a hexaquark BEC-kbe, amelyek ma sötét anyagot alkothatnak - mondta Bashkanov. A kutatók írták, hogy ha ezek a hexaquarks BEC-k kívül vannak, akkor képesek leszünk felderíteni őket. Annak ellenére, hogy a BEC-ek meglehetősen hosszú élettartamúak, időnként elbomlanak a Föld körül. És ez a lebomlás egy speciális jelzésként jelenik meg a kozmikus sugarak észlelésére szolgáló detektorokban, és úgy tűnik, mintha minden irányból egyszerre jönne, mintha a forrás teljes helyet töltött volna ki.
A következő lépés, írták, az aláírás keresése.
