A kozmoszban az összes anyag körülbelül 80% -a olyan formában van, amely teljesen ismeretlen a jelenlegi fizika számára. Sötét anyagnak nevezzük, mert a legjobban elmondhatjuk, hogy… sötét. A világ minden táján végzett kísérletek kísérletet tesznek a kóbor sötét anyag részecske megragadására a remény megértése érdekében, ám eddig üresnek bizonyultak.
A közelmúltban egy teoretikusok csapata javaslatot tett a sötét anyag vadászatának új módjára, magnonoknak nevezett furcsa "részecskékkel", amit nem csak én alkottam. Ezek az apró hullámok még egy röpke, könnyű sötét anyag részecskét is képes rávetni a rejtekhelyre - mondják ezek a teoretikusok.
A sötét anyag puzzle
Mindenféle dolgot ismerünk a sötét anyaggal kapcsolatban, annak kivételével, hogy mi az.
Annak ellenére, hogy közvetlenül nem tudjuk észlelni, láthatjuk a sötét anyag bizonyítékait, amint kinyitjuk távcsöveinket a szélesebb világegyetem felé. Az első kinyilatkoztatás, az 1930-as években vissza, a galaxis klaszterek megfigyelésein ment keresztül, amelyek az univerzum legnagyobb struktúrái. Az őket lakó galaxisok egyszerűen túl gyorsan mozogtak, hogy klaszterként tartsák őket együtt. Ennek oka az, hogy a galaxisok együttes tömege adja a gravitációs ragasztót, amely együtt tartja a klasztet - minél nagyobb a tömeg, annál erősebb ez a ragasztó. Egy szuper erős ragasztó képes tartani a leggyorsabban mozgó galaxisokat. Bármelyik gyorsabb, és a klaszter egyszerűen széttöredezi magát.
De ott voltak létező klaszterek, amelyekben a galaxisok sokkal gyorsabban zümmögtek körülöttük, mint amennyit a klaszter tömegének meg kellene adniuk. Valamelyiknek elegendő gravitációs tapadása volt ahhoz, hogy a klasztereket együtt tartsa, de valami nem bocsátott ki, vagy nem interakcióba lépett a fénnyel.
Ez a rejtély még az évtizedek óta megoldatlan maradt, és az 1970-es években Vera Rubin csillagász nagyban megnövelte az ante-ot galaxisokon belüli csillagok megfigyelésével. Még egyszer, a dolgok túl gyorsan haladtak: Tekintettel megfigyelt tömegükre, az univerzumunk galaxisának milliárd évvel ezelőtt el kellett volna szétválniuk. Valami összetartotta őket. Valami láthatatlan.
A történet az egész kozmoszban megismétlődik, mind időben, mind térben. A korai világítástól kezdve a Big Bang-tól az univerzum legnagyobb struktúráig, valami funky ott van.
Keresés sötétben
Tehát ott van a sötét anyag - egyszerűen nem találunk más életképes hipotézist, amely magyarázza az adatok szökőárát a létezésének alátámasztására. De mi az? Legjobb gondolkodásunk az, hogy a sötét anyag valamilyen új, egzotikus részecske, a fizika eddig ismeretlen. Ezen a képen a sötét anyag minden galaxist eláraszt. Valójában a galaxis látható része, a csillagokon és a gáz- és porfelhőkön keresztül látva, csak egy apró világítótorony, egy sokkal nagyobb, sötétebb part felé helyezve. Mindegyik galaxis egy nagy "halogén" belül helyezkedik el, amely zillionokból áll, a sötét anyag részecskék zillionjain.
Ezek a sötét anyag részecskék most folynak át a szobádban. Átfolynak téged. Végtelen esőzuhany apró, láthatatlan sötét anyag részecskékkel. De egyszerűen nem veszi észre őket. Nem lépnek kölcsönhatásba fényekkel vagy töltött részecskékkel. Töltött részecskékből készültek, és nagyon barátságosak vagytok a fénnyel; láthatatlan vagy a sötét anyag számára, és a sötét anyag láthatatlan számodra. A sötét anyagot "csak" láthatjuk a gravitációs erőn keresztül; a gravitáció észleli az anyag és az energia minden formáját az univerzumban, sötét vagy sem, tehát a legnagyobb léptékben megfigyeljük ezen számtalan részecske kombinált tömegének hatását. De itt a szobádban? Semmi.
Hacsak reméljük, van valamilyen más módszer arra is, hogy a sötét anyag kölcsönhatásba lép velünk a normál anyaggal. Valószínű, hogy a sötét anyag részecskéje, akármennyire is van, úgy érzi a gyenge nukleáris erőt - amely a radioaktív bomlásért felelős - új ablakot nyit meg ebben a rejtett birodalomban. Képzelje el, hogy hatalmas érzékelőt épít, csak egy nagy tömeget, bármi elemet is használ. A sötét anyag részecskék átfolynak rajta, szinte mindegyik teljesen ártalmatlan. De néha, a sötét anyag konkrét modelljétől függően, ritkán, az áthaladó részecske kölcsönhatásba lép a detektorban levő elemek egyik atommagjával a gyenge nukleáris erő révén, kiüti a helyét, és az detektor teljes tömegét előidézi. reszket.
Írja be a magnont
Ez a kísérleti felépítés csak akkor működik, ha a sötét anyag részecske viszonylag nehéz, így elegendő oomphot ad ahhoz, hogy egy atommag kiütéséhez kerüljön a ritka kölcsönhatások egyikében. De eddig a világon a sötét anyag detektorok közül egyik sem látott semmiféle interakciót, még évek és kutatások után sem. Mivel a kísérletek alapjául szolgáltak, a sötét anyag megengedett tulajdonságait lassan kizárták. Ez nem feltétlenül rossz dolog; egyszerűen nem tudjuk, miről készül a sötét anyag, így minél többet tudunk arról, hogy mi nem az, annál világosabb képet kaphatunk arról, hogy mi lehet.
De az eredmények hiánya kissé aggasztó lehet. A sötét anyag legnehezebb jelöltjei kizárásra kerülnek, és ha a titokzatos részecske túl könnyű, akkor soha nem fogja látni az érzékelőkben, mivel jelenleg fel vannak állítva. Vagyis, hacsak nincs más módon a sötét anyag beszélgetni a normál anyaggal.
Az arXiv előzetes online folyóiratban megjelent egy nemrégiben írt cikkben a fizikusok egy javasolt kísérleti beállítást mutatnak be, amely észleli a sötét anyag részecskét az elektronok spinjének megváltoztatásánál (ha valójában a sötét anyag képes ezt megtenni). Ebben a beállításban a sötét anyag potenciálisan kimutatható, még akkor is, ha a gyanús részecske nagyon könnyű. Ezt megteheti úgy, hogy úgynevezett magnókat hoz létre az anyagban.
Tegyük fel, hogy van egy darab anyaga abszolút nulla hőmérsékleten. Az ebben az anyagban levő elektronok összes forgása - mint apró kis rúdmágnesek - ugyanabba az irányba mutat. Ahogy lassan megemeli a hőmérsékletet, az elektronok egy része felébredni kezd, körbemozdul és véletlenszerűen ellenkező irányba mutat. Minél magasabbra veszi a hőmérsékletet, annál több elektron csapódik fel - és mindegyik kicsit csak egy kicsit csökkenti a mágneses erőt. Mindegyik megfordított pörgetés az anyag energiájában is kissé fodorodást okoz, és ezek a parókák négykerekűnek tekinthetők, nem egy valódi részecskéknek, hanem olyannak, amelyet a matematika segítségével leírhat. Ezeket a négy részecskéket "magnonoknak" hívják, valószínűleg azért, mert olyanok, mint apró, aranyos kis mágnesek.
Tehát ha valóban hideg anyaggal indul, és elég sötét anyag részecske csapódik be az anyagba, és körbefordul néhány forgást, megfigyelheti a magnonokat. A kísérlet érzékenysége és az interakciók jellege miatt ez a felépítés könnyű sötét anyag részecskét képes felismerni.
Vagyis ha létezik.
Paul M. Sutter asztrofizikus a Az Ohio Állami Egyetem, házigazda Kérdezz egy űrhajóstól és Space Radio, és a Helyed az univerzumban.
