A világegyetemünket és a benne lévő galaxiseket formáló láthatatlan kéz vadászatának fizikusai sötét oldalra fordították a tekintetüket. Pontosabban, egy csapat minden kozmikus szikla mögött úgynevezett sötét fotonokat keres, amelyek továbbadhatják a korábban ismeretlen természeti erőt.
Ezek a fotonok közvetítik az összes normál anyag és a sötét anyagnak nevezett láthatatlan anyag kölcsönhatását.
A tudósok azonban már régóta megértették, hogy a természet négy ismert erő által nyújtva, húzva, összetörve és szakadva született, tehát hogyan rejthette el egy másik erő engem olyan sokáig? Ez a négy ismert erő képezi mindennapi létünk sarokkövét: a zsarnoki, de rövid hatótávolságú erős nukleáris erő, amely az atommagokat egymáshoz köti; a homályos és suttogás-csendes gyenge nukleáris erő, amely szabályozza a radioaktív bomlást és a neutrínóknak nevezett szubatomos részecskékkel beszélget; a merész és fényes elektromágneses erő, amely uralja az életünket; és a finom gravitációs erő, a kvartett messze a leggyengébb.
E négy alapvető erő felhasználásával a fizikusok képesek festeni a szubatómiai és makroszkopikus világok portrét. Nincs olyan interakció, amely nem vonja be a négy karakter egyikét. És mégis, a rejtélyek továbbra is sokféleséget mutatnak az univerzumunk interakcióival kapcsolatban, különösen a legnagyobb léptékben. Amikor kicsinyítjük a galaxisok méretarányát és azon túl, valami zavaros történik, és ennek a halaknak a sötét anyag nevét adjuk.
A sötét anyag egyszerű és dísztelen, vagy elrejti-e a korongokban számos korábban ismeretlen erőt? Most egy fizikusok nemzetközi csapata, az online munkát az arXiv preprint folyóiratban írva le, és a Large Hadron Collider - a világ legnagyobb atomsorompója - adattábláját használta ilyen erő keresésére. Jelenleg keresésük üresre vált - ami jó (egyfajta): Ez azt jelenti, hogy az ismert fizikai törvények továbbra is fennállnak. De még mindig nem tudjuk megmagyarázni a sötét anyagot.
Elveszett sötétben
A sötét anyag az anyag hipotetikus formája, amely állítólag az univerzum teljes tömegének körülbelül 80% -át teszi ki. Nagyon nagy dolog. Nem igazán tudjuk, mi felelős azért a láthatatlan extra dolgokért, de tudjuk, hogy létezik, és a legnagyobb nyomunk a gravitáció. A csillagok galaxisokon belüli és a klasztereken belüli galaxisok mozgásának és a kozmosz legnagyobb struktúrájának alakulásával megvizsgálva a csillagászok szinte egyetemesen arra a következtetésre jutottak, hogy a galaktikus szemmel több is van.
A sötét anyag jobb neve lehet láthatatlan anyag. Noha következtethetjük gravitációs hatása alapján (mivel semmi nem szökik meg Albert Einstein minden látó szemétől), a sötét anyag egyszerűen nem lép kölcsönhatásba a fénygel. Ezt tudjuk, mert ha a sötét anyag kölcsönhatásba lépne a fénnyel (vagy legalábbis, ha a fénnyel olyan módon interakcióba lépett volna, mint az ismert anyag), akkor már láthattuk volna a titokzatos anyagot. De amennyire meg tudjuk mondani, a sötét anyag - bármi is legyen az - nem abszorbeálja a fényt, nem tükrözi a fényt, nem törje vissza a fényt, nem szórja a fényt és nem bocsát ki azt. A sötét anyag esetében a fény egyszerűen persona non grata; valószínűleg még nem is létezik.
És tehát nagy esély van arra, hogy a sötét anyag részecskék légiói áramlanak át a testén most. A végtelen áramlás együttes tömege a gravitációs befolyás révén alakíthatja a galaxisok sorsát, de még hello nélkül is átjut a normál anyagon. Rossz, tudom, de ez sötét dolog neked.
Hozd a fényt
Mivel nem tudjuk, miből készül a sötét anyag, szabadon készíthetünk mindenféle forgatókönyvet, mind földi, mind fantáziadús. A sötét anyag legegyszerűbb képe azt mondja, hogy nagy és alapvető. Igen, ez alkotja az univerzum tömegének döntő többségét, de csak egyetlen, nagyon bőséges részecskéből áll, amely nem más, mint tömeg. Ez azt jelenti, hogy az anyag a gravitáció révén nyilvánulhat meg, de egyébként soha nem lép kölcsönhatásba a többi erővel. Soha nem fogunk soha megpillantani a sötét anyagot, bármi mást csinálva.
A fantáziadús forgatókönyvek sokkal szórakoztatóbbak.
Amikor a teoretikusok unatkoznak, ötleteket készítenek arról, hogy mi lehet a sötét anyag, és ami még fontosabb, hogyan tudnánk észlelni azt. Az érdekes sötét anyag elméletek skálája következő szintje szerint az anyag alkalmanként képes beszélni a normál anyaggal a gyenge nukleáris erő révén. Ez az ötlet a sötét anyaggal végzett kísérleteket és detektorokat motiválja a mai világban.
Ennek ellenére a forgatókönyv feltételezi, hogy még mindig csak négy természeti erő van. Ha a sötét anyag korábban még nem látott fajta részecske, akkor teljesen ésszerű azt javasolni (mert fogalmunk sincs, ha igaza van, vagy sem), hogy egy korábban ismeretlen természeti erővel csomagolva van - vagy talán egy pár, aki tudja ? Ez a potenciális erő hagyhatja, hogy a sötét anyag csak a sötét anyaggal beszéljen, vagy összefonódhat a sötét anyaggal és a sötét energiával (amit mi szintén nem értünk), vagy új kommunikációs csatornát nyithat meg univerzumunk normál és sötét területei között. .
A sötét foton emelkedése
Az egyik javasolt kommunikációs portál a világos és a sötét birodalmak között sötét fotonnak nevezik, analóg az elektromágneses erő ismerős (fény) fotonjával. Nem látjuk, megkóstolhatjuk vagy nem érezhetjük közvetlenül a sötét fotonokat, ám ezek összekeveredhetnek a világunkkal. Ebben a forgatókönyvben a sötét anyag sötét fotonokat bocsát ki, amelyek viszonylag hatalmas részecskék. Ez azt jelenti, hogy csak kis hatótávolságon belül vannak effektek, eltérően a fényvisszaverő társaiktól. De alkalmanként egy sötét foton kölcsönhatásba léphet egy normál fotonnal, megváltoztatva annak energiáját és pályáját.
Ez nagyon ritka esemény lenne; egyébként régóta észrevettünk volna valami funkyt, ami zajlik az elektromágnesességgel.
Tehát még a sötét fotonokkal sem láthatnánk közvetlenül a sötét anyagot, de a sötét fotonok létezését kimunkálhatnánk az elektromágneses kölcsönhatások tömegének vizsgálatával. Ezeknek a goboknak csak egy apró részében egy sötét foton "ellophatja" az energiát egy rendes fotonból, ha kölcsönhatásba lép vele.
De amint mondtam, szükségünk van sokféle interakcióra. Éppen így történik, hogy óriási Machines of Science-t építettünk, hogy pontosan ezt állítsuk elő, tehát szerencsések vagyunk.
Az arXiv papírokban a fizikusok beszámoltak eredményeiről, miután a CERN második legnagyobb részecskegyorsítója, a Super Proton Synchrotron hároméves adatait megvizsgálták. A kísérlethez a tudósok összetörték a protonokat egy téglafal szubatómiai ekvivalensével szemben, és megvizsgálták az utóhatás összes darabját.
A roncsokban a kutatók elektronokat találtak - ezek közül sok. Három év alatt a tudósok több mint 20 milliárd elektronot számoltak, 100 energiánál nagyobb energiával. Mivel az elektronok töltött részecskék és szeretnének kölcsönhatásba lépni, a kísérletben a nagy energiájú elektronok is sok fotont hoztak létre. Ha léteznek sötét fotonok, akkor azoknak kölcsönhatásba kell lépniük és el kell lopniuk az energiát a szokásos fotonok egyikéből - ez a jelenség a kísérletben fényhiányként jelenik meg.
Ez a sötét fotonok keresése üresen jött - minden normál foton jelen volt és elszámolódott -, de ez nem zárja ki teljesen a sötét fotonok létezését. Ehelyett korlátozza ezen részecskék megengedhető tulajdonságait. Ha léteznek, akkor alacsony energiájúak (kevesebb, mint GeV, a kísérlet eredményei alapján), és csak ritkán lépnek kölcsönhatásba a normál fotonokkal.
A sötét fotonok keresése azonban folytatódik, a kísérlet jövőbeni futtatásával, még inkább a szubatómiai világ ezen javasolt lényén, még inkább otthonba kerül.
Bővebben: "Sötét anyag keresés az NA64 hiányzó energiaeseményein"
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, a "Kérdezz egy űrhajóstól" és "Space Radio, "és a"Helyed az univerzumban."
