Fyzici, kteří hledají neviditelnou ruku, která utváří náš vesmír a galaxie v něm, obrátili svůj pohled na temnou stránku. Konkrétně jeden tým hledá za každou kosmickou horninu tzv. Temné fotony, které by mohly přenášet dříve neznámou sílu přírody.
Tyto fotony by zprostředkovaly interakci mezi veškerou normální hmotou a neviditelnou látkou zvanou temná hmota.
Vědci však již dlouho pochopili, že příroda je natažena a tažena a rozdrcena a roztrhána čtyřmi známými silami, tak jak by se před námi mohla tak dlouho skrýt jiná síla? Tyto čtyři známé síly tvoří základní kámen naší každodenní existence: tyranskou, ale krátkozrakou silnou jadernou sílu, která spojuje atomová jádra dohromady; nejasná a tichá slabá jaderná síla, která řídí radioaktivní rozpad a mluví k subatomovým částicím nazývaným neutrinos; odvážná a jasná elektromagnetická síla, která ovládá naše životy; a jemná gravitační síla, zdaleka nejslabší z kvarteta.
Pomocí těchto čtyř základních sil jsou fyzici schopni malovat portrét našich subatomových a makroskopických světů. Neexistuje žádná interakce, která by se netýkala jedné z těchto čtyř postav. A přesto záhady stále přetrvávají, pokud jde o interakce v našem vesmíru, zejména na největších měřítcích. Když se oddálíme na stupnici galaxií a dále, dojde k něčemu rybovitému a dáme této rybitosti jméno temné hmoty.
Je temná hmota jednoduchá a nezdobená, nebo skrývá ve svých spojkách množství dříve neznámých sil? Nyní mezinárodní tým fyziků, který popisuje svou práci online v předtiskovém časopise arXiv, použil k vyhledání takové síly výpis dat z velkého hadronového kluzáku - největšího atomového kouře na světě. Prozatím se jejich hledání vyprázdnilo - což je dobré (druh): Znamená to, že naše známé fyzikální zákony stále platí. Ale stále nemůžeme vysvětlit temnou hmotu.
Ztraceno ve tmě
Temná hmota je hypotetická forma hmoty, o které se říká, že představuje asi 80% celkové hmotnosti vesmíru. Je to docela velká věc. Opravdu nevíme, co je odpovědné za všechny tyto mimořádně neviditelné věci, ale víme, že existuje, a naším největším vodítkem je gravitace. Zkoumáním pohybů hvězd v galaxiích a galaxiích v klastrech, spolu s vývojem největších struktur ve vesmíru, astronomové téměř všeobecně dospěli k závěru, že existuje více než jen galaktické oko.
Lepší jméno pro temnou hmotu může být neviditelná záležitost. I když jej můžeme odvodit z jeho gravitačního vlivu (protože nic neunikne vševidoucímu pohledu Alberta Einsteina), temná hmota jednoduše nereaguje se světlem. Víme to proto, že kdyby temná hmota interagovala se světlem (nebo alespoň, kdyby interagovala se světlem způsobem, jakým to známé věci dělají), už bychom dnes viděli záhadnou látku. Ale pokud víme, temná hmota - ať už je to sakra jakákoli - neabsorbuje světlo, odráží světlo, refrakční světlo, rozptýlené světlo ani nevyzařuje světlo. Pro temnou hmotu je světlo jednoduše persona non grata; možná ani neexistuje.
A tak existuje pevná šance, že legie částic temné hmoty proudí vaším tělem právě teď. Kombinovaná hmota tohoto nekonečného proudu může formovat osudy galaxií pomocí gravitačního vlivu, ale prochází normální hmotou, a to i bez ahoj. Rude, já vím, ale to je pro tebe temná záležitost.
Přinášejí světlo
Protože nevíme, z čeho je tmavá hmota vyrobena, můžeme svobodně vytvářet nejrůznější scénáře, jak světské, tak fantastické. Nejjednodušší obrázek temné hmoty říká, že je velký a základní. Ano, tvoří velkou většinu hmoty vesmíru, ale skládá se pouze z jediné, vysoce plodné částice, která nemá nic jiného než mít hmotu. To znamená, že se materiál může poznat pomocí gravitace, ale jinak nikdy interaguje skrze kteroukoli z ostatních sil. Nikdy neuvidíme záblesk temné hmoty, která udělá cokoli jiného.
Fantastické scénáře jsou zábavnější.
Když se teoretici nudí, připravují nápady, jaká by mohla být temná hmota, a co je důležitější, jak jsme ji mohli odhalit. Další úroveň na stupnici zajímavých teorií temné hmoty říká, že látka může občas mluvit s normální hmotou prostřednictvím slabé jaderné síly. Tato myšlenka dnes motivuje experimenty a detektory temné hmoty po celém světě.
Přesto však tento scénář předpokládá, že stále existují pouze čtyři přírodní síly. Pokud je temná hmota dříve neviditelným druhem částic, pak je naprosto rozumné navrhnout (protože nemáme tušení, jestli máme pravdu nebo ne), že přichází zabalená s dříve neznámou silou přírody - nebo možná pár, kdo ví ? Tato potenciální síla by mohla nechat temnou hmotu mluvit pouze s temnou hmotou, nebo by mohla prolínat temnou hmotu a temnou energii (což také nerozumíme), nebo by to mohlo otevřít nový komunikační kanál mezi normálním a temným sektorem našeho vesmíru. .
Vzestup temného fotonu
Jedním navrhovaným komunikačním portálem mezi světlými a tmavými oblastmi je něco, co se nazývá temný foton, analogický známému (světelnému) fotonu elektromagnetické síly. Tmavé fotony přímo neuvidíme, necítíme ani necítíme, ale mohou se mísit s naším světem. V tomto scénáři tmavá hmota emituje tmavé fotony, které jsou relativně masivní částice. To znamená, že mají účinky pouze na krátkou vzdálenost, zcela na rozdíl od jejich protějšků nesoucích světlo. Ale občas temný foton mohl interagovat s běžným fotonem, měnit jeho energii a trajektorii.
To by byla velmi vzácná událost; jinak bychom si už dávno všimli něčeho zábavného, co se děje s elektromagnetismem.
Takže iu tmavých fotonů bychom nebyli schopni vidět temnou hmotu přímo, ale mohli jsme vyčarovat existenci temných fotonů zkoumáním kapek elektromagnetických interakcí. V malém zlomku těchto kapek mohl tmavý foton „ukrást“ energii z běžného fotonu tím, že s ním interagoval.
Ale jak jsem řekl, potřebujeme kapky interakcí. Stalo se tak, že jsme postavili obří stroje vědy, abychom to přesně vyrobili, takže máme štěstí.
V článku arXiv uvedli fyzici své výsledky poté, co prozkoumali údaje za tři roky z Super Proton Synchrotron, druhého největšího urychlovače částic v CERN. Při tomto experimentu vědci rozbili protony proti subatomárnímu ekvivalentu cihlové zdi a následovně se podívali na všechny kusy.
V troskách vědci našli elektrony - mnoho z nich. Během tří let vědci počítali přes 20 miliard elektronů s energií přes 100 GeV. Protože elektrony jsou nabité částice a rády spolu navzájem interagují, vytvořily elektrony s vysokou energií v tomto experimentu také spoustu fotonů. Pokud existují temné fotony, měly by někdy interagovat a ukrást energii z jednoho z běžných fotonů, což je jev, který by se v experimentu ukázal jako nedostatek světla.
Toto hledání temných fotonů vyšlo prázdné - všechny normální fotony byly přítomny a odpovídaly - ale to nevylučuje úplně existenci temných fotonů. Místo toho omezuje přípustné vlastnosti těchto částic. Pokud existují, byla by na základě výsledků experimentu nízká energie (méně než GeV) a jen zřídka by interagovala s běžnými fotony.
Hledání temných fotonů však pokračuje s budoucími pokusy experimentu, které budou ještě dále navazovat na toto navrhované stvoření subatomického světa.
Číst dál: "Hledání temných látek v chybějících energetických událostech s NA64"
Paul M. Sutter je astrofyzik na Státní univerzita v Ohiu, hostitel „Zeptejte se Spacemana" a "Vesmírné rádio, „a autor“Vaše místo ve vesmíru."
