Невидимо вещество прониква във Вселената, променяйки пътеките на звезди и галактики.
Тази така наречена тъмна материя упражнява гравитационно дърпане, но никога не взаимодейства със светлината. Никой не знае от какво е направен и досега беше невъзможно да се открие. Но нова теория най-накрая би могла да предостави начин за тестване на тъмната материя.
Тъмната материя може да се състои от странни полумагнетици, заявиха теоретичните физици от Калифорнийския университет, Дейвис, по време на презентация на 6 юни на конференцията на Planck 2019 в Гранада, Испания. И като включим наистина мощен (все още несъществуващ) електронен микроскоп, може най-накрая да успеем да ги открием.
Но не всички физици са убедени.
„Смятам, че е спретнато, но не много обещаващо“, каза Сабине Хосенфелдер, научен сътрудник от Франкфуртския институт за напреднали изследвания, която не беше част от проучването. "Има безкрайно много частици, които можете да измислите, които могат да съставят тъмна материя." Това е само още едно от тях, допълни тя.
"За всяка от тези частици можете да направите много изчисления, да публикувате документи и да измислите експерименти, за които след това можете да се опитате да получите финансиране", каза тя. "Ако наистина имате късмет, някой ще направи вашия експеримент - който след това няма да намери нищо."
Търсенето на тъмна материя
Въпреки че теориите предвиждат, че съществува тъмна материя, ние нямаме идея всъщност как изглежда или от какво е направена. Известно време имаше "красива история", че тъмната материя е съставена от неустойчив, срамежлив звяр от частица, известна като Слабо взаимодействаща масивна частица, или WIMP, каза съавторът на новото проучване Джон Тернинг, професор по физика в Калифорнийския университет, Дейвис.
Години наред учените търсеха тези бавни, безплатни частици, използвайки мощни ускорители на частици. Но с течение на времето физиците изключваха все повече кандидати за WIMP - и популярната идея загуби сцепление. Въпреки че не е напълно изключено, „през последните 10 години хората мислят за други възможности, различни от WIMP“, каза Тернинг.
Друга теория предполага, че тъмната материя всъщност се състои от частици светлина или фотони.
"В допълнение към обикновените фотони, които можем да видим, може да има някои фотони, които не можем да видим", каза Тернинг. Тези така наречени „тъмни фотони“ са хипотетични частици, които имат маса, но са по-леки от електроните. Тъмните фотони биха взаимодействали - макар и доста слабо - с редовни фотони.
В това ново изследване Тернинг и неговият докторантичен изследовател Кристофър Верхаарен се основават на тази теория, предлагайки тъмната материя да се състои и от тъмни полумагнетици. Тези хипотетични полумагнетици биха били тъмни версии на дълго търсените монополи или магнити които имат само един полюс, който физикът Пол Дирак за първи път предложи през 30-те години. (Въпреки десетилетия лов, все още никой не е открил доказателства за тях в природата.)
Дирак обаче не предлага само монополи; той също предложи електронът, движещ се около монопол, да бъде повлиян от магнитното му поле. Така че, ако теорията на Тернинг и Верхаарен е правилна и тъмните версии на тези полумагнетици дебнат някъде във Вселената - и ако тези тъмни полумагнетици действат като монопол на Дирак - те също биха оставили фини улики по пътищата на електрони.
Ако съществуват тъмни монополи, те ще излъчват тъмни фотони, които могат да се трансформират в редовни фотони, преди да бъдат абсорбирани от електрони, каза Тернинг. Това взаимодействие би довело до завъртане на електроните или промяна на курса само на мъничко, произвеждайки интерферентен модел, наречен ефект на Ахаронов-Бом. (Електроните не са само частици, те също са вълни, а моделът на смущения е това, което се появява, когато върховете и долините в „вълновото уравнение“ на електроните или се добавят или отменят взаимно, създавайки серия от паралелна светлина и тъмни линии.) Тернинг и Верхаарен предполагат, че може да са в състояние да открият тази съвсем лека промяна в моделите на смущения на електроните с помощта на електронни микроскопи.
Развълнуван от слънцето
Ако съществува тъмна материя, тя е в нас и навсякъде около нас - включително във и около всеки микроскоп с електронен лъч, който бихме използвали за откриването му. Но за да открият тъмната материя чрез своето смущение от електрони, странните полумагнетици, които съставят тъмна материя, ще трябва да имат достатъчно силно магнитно поле. Това означава, че тези полумагнити ще трябва да имат много енергия.
Монополите, които минават близо до слънцето, биха могли да се развълнуват, да спечелят повече енергия и след това да тръгнат надолу към Земята, каза Тернинг. Той прогнозира, че около пет от тези възбудени монополи на ден ще преминат през нещо с размерите на техния предложен електронен лъч микроскоп. "Това не е лошо, защото обичайните WIMP детектори биха се радвали, ако получават пет събития годишно", каза той.
В допълнение, промяната в електронната фаза, причинена от тъмните полумагнетици, би била толкова мъничка, че за да я открием, ще ни трябва невероятно електронно-лъчеви микроскопи с висока разделителна способност - тези, които съществуват в момента, вероятно не са достатъчно мощни , Този електронен микроскоп трябва да има резолюция, която е пет пъти по-голяма от тази, която съществува в момента, каза Тернинг.
Във всеки случай се надяваме да „накараме тези хора със супер фантастичните електронни микроскопи да се заинтересуват да търсят това“ или ние „може би ще трябва да изградим друг, само за да седим и да чакаме тъмна материя“, каза Тернинг.
Различните конкуриращи се теории за тъмната материя биха ни разказали напълно различни истории за това как се е образувала ранната Вселена, каза той. Нещо повече, след като разберете от какво всъщност е направена тъмната материя - независимо дали става дума за леки или тежки частици - хората биха могли да създадат видове от тъмни материи, от сортове, тук, на Земята. "Ако е много светло, нямате нужда от много енергия, за да произведете собствената си тъмна материя."
Учените публикуваха своето изследване пред предпечатния журнал arXiv. Той все още не е проверен.
