Mohli jsme už objevit temnou hmotu?
To je otázka položená v novém příspěvku zveřejněném 12. února v Journal of Physics G. Autoři nastínili, jak by tmavá hmota mohla být vyrobena z částice známé jako d * (2380) hexaquark, která byla pravděpodobně detekována v roce 2014.
Temná hmota, která působí gravitačním tahem, ale nevyzařuje žádné světlo, není něčím, čeho se někdo kdy dotkl nebo viděl. Nevíme, z čeho je to vyrobeno, a bezpočet hledání věcí vyšlo prázdné. Ale drtivá většina fyziků je přesvědčena, že existuje. Důkazy jsou omítnuty po celém vesmíru: Shluky hvězd se točí mnohem rychleji, než by jinak měly, záhadné zkreslení světla na noční obloze a dokonce i díry proražené v naší galaxii neviditelným nárazovým tělesem poukazují na něco, co je venku - tvoří nejvíce hmoty vesmíru - kterému zatím nerozumíme.
Nejvíce široce studované teorie temné hmoty zahrnují celé třídy nikdy předtím nevídaných částic z vnější strany standardního modelu fyziky, dominantní teorie popisující subatomické částice. Většina z nich se hodí do jedné ze dvou kategorií: lehké axiony a těžké váhy WIMP nebo slabě interagující masivní částice. Existují další exotičtější teorie zahrnující dosud neobjevené druhy neutrin nebo teoretickou třídu mikroskopických černých děr. Ale jen zřídka někdo navrhuje, aby temná hmota byla vytvořena z něčeho, co už víme, existuje.
Michail Baškanov a Daniel Watts, fyzici z University of York v Anglii, tuto formu rozbili a tvrdili, že hexaquark d * (2380), nebo „d-hvězda“, může vysvětlit všechny chybějící záležitosti.
Kvarky jsou základní fyzikální částice ve standardním modelu. Tři z nich spolu spojené (pomocí částic známých jako gluony) mohou vytvořit proton nebo neutron, stavební bloky atomů. Uspořádejte je jiným způsobem a získáte různé exotičtější částice. D-star je pozitivně nabitá, šestikvarková částice, o které vědci věří, že během experimentu v německém výzkumném středisku Jülich existovala na sekundu. Protože to bylo tak prchavé, detekce d-hvězd nebyla zcela potvrzena.
Jednotlivé d-hvězdy nedokázaly vysvětlit temnou hmotu, protože nevydrží dost dlouho, než se rozpadnou. Avšak Bashkanov řekl Live Science, na počátku dějin vesmíru, by se částice mohly shlukovat dohromady tak, aby se zabránilo jejich rozpadu.
K tomuto scénáři dochází u neutronů. Vyjměte neutron z jádra a velmi rychle se rozkládá, ale smíchejte jej s jinými neutrony a protony uvnitř jádra a stane se stabilním, řekl Baškanov.
„Hexaquarkové se chovají přesně stejným způsobem,“ řekl Baškanov.
Baškanov a Watts teoretizovali, že skupiny d-hvězd mohou tvořit látky známé jako Bose-Einsteinovy kondenzáty nebo BEC. V kvantových experimentech se BEC tvoří, když teploty klesají tak nízko, že se atomy začnou překrývat a mísit dohromady, trochu jako protony a neutrony uvnitř atomů. Je to stav hmoty odlišný od pevné hmoty.
Brzy v historii vesmíru by tyto BEC zachytily volné elektrony a vytvořily neutrálně nabitý materiál. Fyzikové psali, že neutrálně nabitá d-hvězda BEC, by se chovala podobně jako temná hmota: neviditelná, proklouzla světelnou hmotou, aniž by ji znatelně narážela, přesto by na okolní vesmír působila výrazným gravitačním tahem.
Důvodem, proč nesedíte židlí, když sedíte na něm, je to, že elektrony židle tlačí na elektrony vaší zadní strany, čímž vytvářejí bariéru negativních elektrických nábojů, které odmítají křížit cesty. Baškanov řekl, že za správných podmínek by BEC vyrobené z hexaquarků se zachycenými elektrony neměly takové překážky, které by proklouzly jinými druhy látek, jako jsou dokonale neutrální duchové.
Tyto BEC by se mohly utvořit brzy po Velkém třesku, protože vesmír přecházel z moře horké kvark-gluonové plazmy bez výrazných atomových částic do naší moderní éry s částicemi jako protony, neutrony a jejich bratranci. V okamžiku, kdy se tyto základní atomové částice vytvořily, byly podmínky pro to, aby se hexakvarkové BECs vysrážely z kvark-gluonové plazmy.
"Před tímto přechodem je teplota příliš vysoká; poté je hustota příliš nízká," řekl Baškanov.
Během tohoto přechodného období by se kvarky mohly zmrazit na obyčejné částice, jako jsou protony a neutrony, nebo na hexakvarkové BEC, které by dnes mohly tvořit temnou hmotu, řekl Baškanov. Pokud jsou tyto hexakvarkové BEC tam venku, psali vědci, můžeme je zjistit. Přestože jsou BEC poměrně dlouhá životnost, občas se rozpadnou kolem Země. A tento úpadek by se ukázal jako zvláštní podpis v detektorech navržených tak, aby spatřily kosmické paprsky, a vypadal, jako by přicházel ze všech směrů najednou, jako by zdroj zaplnil celý prostor.
Dalším krokem, který napsali, je hledat ten podpis.
