Czy moglibyśmy już odkryć ciemną materię?
Takie pytanie postawiono w nowej pracy opublikowanej 12 lutego w Journal of Physics G. Autorzy przedstawili, w jaki sposób ciemna materia może być utworzona z cząstki znanej jako heksakark d * (2380), który prawdopodobnie został wykryty w 2014 roku.
Ciemna materia, która działa grawitacyjnie, ale nie emituje światła, nie jest czymś, czego ktoś kiedykolwiek dotykał lub widział. Nie wiemy, z czego jest wykonany, a niezliczone poszukiwania tego typu rzeczy są puste. Ale przeważająca większość fizyków jest przekonana, że istnieje. W całym wszechświecie widoczne są dowody: gromady gwiazd wirują znacznie szybciej niż powinny, tajemnicze zniekształcenia światła na nocnym niebie, a nawet dziury przebite w naszej galaktyce przez niewidzialny impaktor, że coś tam jest - co stanowi większość masy wszechświata - tego jeszcze nie rozumiemy.
Najszerzej badane teorie ciemnej materii obejmują całe klasy nigdy wcześniej nie widzianych cząstek spoza Standardowego Modelu Fizyki, dominującej teorii opisującej cząsteczki subatomowe. Większość z nich pasuje do jednej z dwóch kategorii: lekkich osi i ciężkich WIMP lub słabo oddziałujących masywnych cząstek. Istnieją inne, bardziej egzotyczne teorie, które obejmują nieznane dotąd gatunki neutrin lub teoretyczną klasę mikroskopijnych czarnych dziur. Ale rzadko ktokolwiek sugeruje, że ciemna materia jest zbudowana z czegoś, co już wiemy, że istnieje.
Mikhail Bashkanov i Daniel Watts, fizycy z University of York w Anglii, złamali tę pleśń, argumentując, że heksakwark d * (2380) lub „gwiazda d” może wyjaśnić całą brakującą materię.
Kwarki są podstawowymi cząsteczkami fizycznymi w Modelu Standardowym. Trzy z nich połączone razem (za pomocą cząstek zwanych gluonami) mogą wytworzyć proton lub neutron, budulce atomów. Ułóż je w inny sposób, a otrzymasz inne, bardziej egzotyczne cząsteczki. Gwiazda d to dodatnio naładowana, sześciokwarkowa cząstka, która według naukowców istniała przez sekundę podczas eksperymentu w 2014 r. W niemieckim centrum badawczym Jülich. Ponieważ było to tak ulotne, że wykrycie gwiazdy typu d nie zostało całkowicie potwierdzone.
Poszczególne gwiazdy d nie potrafiły wyjaśnić ciemnej materii, ponieważ nie trwają wystarczająco długo przed rozkładem. Jednak Baszkanow powiedział Live Science, na początku historii wszechświata, cząsteczki mogły się zlepić w sposób, który powstrzymałby je przed rozkładem.
Ten scenariusz występuje w przypadku neutronów. Wyjmij neutron z jądra, a ono bardzo szybko rozpada się, ale zmieszaj je z innymi neutronami i protonami w jądrze, i staje się stabilne, powiedział Bashkanov.
„Heksakwarki zachowują się dokładnie tak samo” - powiedział Baszkanow.
Baszkanow i Watts wysunęli teorię, że grupy gwiazd d mogą tworzyć substancje znane jako kondensaty Bosego-Einsteina lub BEC. W eksperymentach kwantowych BEC powstają, gdy temperatura spada tak nisko, że atomy zaczynają się nakładać i mieszać, podobnie jak protony i neutrony wewnątrz atomów. Jest to stan materii odmienny od materii stałej.
Na początku historii wszechświata te BEC wychwyciłyby wolne elektrony, tworząc neutralnie naładowany materiał. Neutralnie naładowana gwiazda gwiazdowa BEC, jak napisali fizycy, zachowywałaby się bardzo jak ciemna materia: niewidoczna, ślizgająca się przez świetlistą materię bez zauważalnego jej rozbijania, a jednocześnie wywierająca znaczny wpływ grawitacyjny na otaczający wszechświat.
Powodem, dla którego nie upadasz na krzesło, gdy na nim siedzisz, jest to, że elektrony krzesła naciskają na elektrony z tyłu, tworząc barierę ujemnych ładunków elektrycznych, które nie krzyżują się. Bashkanov powiedział, że w odpowiednich warunkach BEC wykonane z heksakwarków z uwięzionymi elektronami nie będą miały takich barier, ślizgając się przez inne rodzaje materii, takie jak idealnie neutralne duchy.
Te BEC mogły powstać wkrótce po Wielkim Wybuchu, gdy przestrzeń zmieniła się z morza gorącej plazmy kwarkowo-gluonowej bez wyraźnych cząstek atomowych w naszą współczesną erę z cząsteczkami takimi jak protony, neutrony i ich kuzyni. W chwili, gdy powstały te podstawowe cząstki atomowe, warunki były idealne do wytrącania się heksakwark BEC z plazmy kwarkowo-gluonowej.
„Przed tym przejściem temperatura jest zbyt wysoka; po tym gęstość jest zbyt niska”, powiedział Baszkanow.
W tym okresie przejściowym kwarki mogły zamarznąć na zwykłe cząstki, takie jak protony i neutrony, lub na heksakwarkowe BEC, które dziś mogą tworzyć ciemną materię, powiedział Baszkanow. Naukowcy napisali, że jeśli te heksakwarki BEC są na miejscu, możemy je wykryć. Chociaż BEC są dość długotrwałe, od czasu do czasu rozpadają się wokół Ziemi. A rozpad ten ukazywałby się jako szczególny podpis w detektorach zaprojektowanych do wykrywania promieni kosmicznych i wyglądał, jakby nadchodził ze wszystkich kierunków jednocześnie, jakby źródło wypełniło całą przestrzeń.
Kolejnym krokiem, jak napisali, jest poszukiwanie tego podpisu.
