Neviditelná látka prostupuje vesmírem a mění cesty hvězd a galaxií.
Tato takzvaná temná hmota působí gravitačním tahem, ale nikdy neinteraguje se světlem. Nikdo neví, z čeho je vyroben a až dosud nebylo možné detekovat. Ale nová teorie by konečně mohla poskytnout způsob, jak testovat temnou hmotu.
Temná hmota by mohla být tvořena podivnými polomagnety, teoretičtí fyzici z University of California, Davis, řekl při prezentaci 6. června na konferenci Planck 2019 ve španělské Granadě. A zapnutím skutečně výkonného (dosud neexistujícího) elektronového mikroskopu bychom je mohli nakonec zjistit.
Ale ne všichni fyzici jsou přesvědčeni.
„Myslím, že je to úhledné, ale ne příliš slibné,“ řekla Sabine Hossenfelderová, výzkumná pracovnice frankfurtského institutu pro pokročilá studia, která nebyla součástí studie. "Existuje nekonečně mnoho částic, které můžete vymyslet a které mohou tvořit temnou hmotu." To je jen další z nich, dodala.
„Pro každou z těchto částic můžete provádět spoustu výpočtů, publikovat příspěvky a vymýšlet experimenty, na které se pak můžete pokusit získat finanční prostředky,“ řekla. "Pokud máte opravdu štěstí, někdo provede váš experiment - který pak nic nenajde."
Hledání temné hmoty
Ačkoli teorie předpovídají, že temná hmota existuje, nemáme vůbec ponětí, jak to vypadá nebo z čeho se skládá. Na chvíli tu byl „krásný příběh“, že temná hmota je tvořena dřevorubcem, plachou šelmou částice známé jako Weakly Interactioning Massive Particle (Weakly Interactioning Massive Particle) nebo WIMP, řekl spoluautor nové studie John Terning, profesor fyziky na University of California, Davis.
Po léta vědci hledali tyto pomalé, bezcharakterní částice pomocí výkonných urychlovačů částic. Ale jak čas pokračoval, fyzici vyloučili stále více kandidátů na WIMP - a lidová myšlenka ztratila trakci. Ačkoli to není úplně vyloučeno, „za posledních 10 let lidé přemýšleli o jiných možnostech než WIMP,“ řekl Terning.
Jiná teorie navrhuje, že temná hmota je ve skutečnosti tvořena částicemi světla nebo fotony.
„Kromě běžných fotonů, které vidíme, mohou existovat i fotony, které nevidíme,“ řekl Terning. Tyto takzvané „temné fotony“ jsou hypotetické částice, které mají hmotnost, ale jsou lehčí než elektrony. Tmavé fotony by interagovaly - byť poněkud slabě - s běžnými fotony.
V této nové studii Terning a jeho postdoktorský výzkumník Christopher Verhaaren stavěli na této teorii a navrhovali, aby temná hmota mohla být také vytvořena z temných polomagnetů. Tyto hypotetické poloviny magnety by byly temnými verzemi dlouho hledaných monopolů nebo magnetů že mají pouze jeden pól, fyzik Paul Dirac poprvé navrhl ve 30. letech. (Přes desetiletí lovu zatím nikdo v přírodě nenalezl žádné důkazy.)
Dirac však nenavrhoval pouze monopoly; on také navrhl, že elektron pohybující se kolem monopolu by byl ovlivňován jeho magnetickým polem. Pokud má tedy Terningova a Verhaarenova teorie pravdu a temné verze těchto polo-magnetů se skrývají někde ve vesmíru - a pokud se tyto temné polo-magnety chovají jako Diracova monopole - zanechají také jemné stopy v dráze elektronů.
Pokud budou existovat temné monopoly, budou emitovat tmavé fotony, které se mohou transformovat na normální fotony, než se absorbují elektrony, řekl Terning. Tato interakce způsobí, že elektrony se otáčí nebo mění kurz jen nepatrně, a vytvoří tak interferenční obrazec nazývaný Aharonov-Bohmův efekt. (Elektrony nejsou jen částice, jsou to také vlny a interferenční obrazec je to, co se objeví, když se vrcholy a údolí v elektronové „vlnové rovnici“ buď vzájemně sčítají nebo ruší, čímž se vytvoří série paralelního světla a tmavé čáry.) Terning a Verhaaren navrhují, že by mohli být schopni detekovat tuto velmi malou změnu v interferenčních vzorcích elektronů pomocí elektronových mikroskopů.
Vzrušený sluncem
Pokud existuje temná hmota, je to v nás a všude kolem nás - včetně a v jakémkoli elektronovém mikroskopu, který bychom použili k detekci. Ale aby bylo možné detekovat temnou hmotu v důsledku poruchy elektronů, musely by divné poloviční magnety, které tvoří temnou hmotu, mít dostatečně silné magnetické pole. To znamená, že by tyto poloviční magnety musely mít hodně energie.
Monopoly, které procházejí poblíž Slunce, by mohly být vzrušené, získat více energie a poté se dostat dolů na Zemi, řekl Terning. Předpovídá, že asi pět z těchto vzrušených monopolů denně projde něčím podobným jako jejich navrhovaný mikroskop s elektronovým paprskem. "To není špatné, protože obvyklé detektory WIMP by byly šťastné, kdyby dostaly pět událostí ročně," řekl.
Kromě toho by změna v elektronové fázi způsobená tmavými polovičními magnety byla tak malá, že abychom ji mohli detekovat, potřebovali bychom neuvěřitelně vysoké mikroskopy s elektronovým paprskem s vysokým rozlišením - ty, které v současné době existují, pravděpodobně nejsou dostatečně silné. . Tento elektronový mikroskop bude muset mít rozlišení, které je pětkrát větší než rozlišení, které v současnosti existuje, řekl Terning.
V každém případě doufáme, že „dostaneme tyto lidi do super fantazijních elektronových mikroskopů, které mají zájem o to hledat“, nebo bychom „museli vybudovat další jen proto, abychom seděli a čekali na temnou hmotu,“ řekl Terning.
Různé konkurenční teorie temné hmoty by nám vyprávěly úplně odlišné příběhy o tom, jak se vytvořil raný vesmír, řekl. A co víc, jakmile zjistíte, z čeho je tmavá hmota skutečně vyrobena - ať už jde o lehké nebo těžké částice - lidé by si zde mohli na Zemi vytvořit továrny na temnou hmotu, nejrůznějších druhů. "Jestli je to velmi lehké, nepotřebuješ tolik energie k výrobě své vlastní temné hmoty."
Vědci publikovali svou studii do předtištěného časopisu arXiv. Dosud nebyl přezkoumán.
