Nevidna snov prežema vesolje in spreminja poti zvezd in galaksij.
Ta tako imenovana temna snov deluje gravitacijsko, vendar nikoli ne deluje s svetlobo. Nihče ne ve, iz česa je narejen, in do zdaj ga ni bilo mogoče zaznati. Toda nova teorija bi lahko končno zagotovila način za preizkus temne snovi.
Temno snov bi lahko sestavljali čudni polmagneti, so povedali teoretični fiziki z kalifornijske univerze Davis na predstavitvi 6. junija na konferenci Planck 2019 v Granadi v Španiji. In če vklopimo res močan (še neobstoječ) elektronski mikroskop, jih bomo morda končno lahko zaznali.
A niso prepričani vsi fiziki.
"Mislim, da je lepo, a ne zelo obetavno," je dejala Sabine Hossenfelder, raziskovalka na Frankfurtskem inštitutu za napredne študije, ki ni bila del študije. "Obstaja neskončno veliko delcev, ki si jih lahko izmislite, ki lahko tvorijo temno snov." To je le še ena izmed njih, je dodala.
"Za vsakega od teh delcev lahko naredite veliko izračunov, objavite prispevke in oblikujete poskuse, za katere lahko poskusite pridobiti sredstva," je dejala. "Če imate res srečo, bo nekdo naredil vaš eksperiment - ki potem ne bo našel ničesar."
Iskanje temne snovi
Čeprav teorije napovedujejo, da temna snov obstaja, v resnici nimamo pojma, kako izgleda ali iz česa je narejena. Nekaj časa je obstajala "lepa zgodba", da je temna snov sestavljena iz lesketajoče, sramežljive zveri delca, znanega kot Slabo v interakciji z množičnimi delci ali WIMP, je povedal soavtor nove študije John Terning, profesor fizike na kalifornijski univerzi v Davisu.
Dolga leta so znanstveniki iskali te počasne, brezhibne delce z uporabo močnih pospeševalcev delcev. A s časom so fiziki izključevali vse več kandidatov za WIMP - in priljubljena ideja je izgubila oprijem. Čeprav to ni povsem izključeno, "zadnjih 10 let ljudje razmišljajo o drugih možnostih, razen o WIMP," je dejal Terning.
Druga teorija predlaga, da temno snov dejansko sestavljajo delci svetlobe ali fotoni.
"Poleg navadnih fotonov, ki jih lahko vidimo, bi bilo lahko tudi nekaj fotonov, ki jih ne vidimo," je dejal Terning. Ti tako imenovani "temni fotoni" so hipotetični delci, ki imajo maso, vendar so lažji od elektronov. Temni fotoni bi bili v interakciji - čeprav precej šibki - z običajnimi fotoni.
V tej novi raziskavi sta Terning in njegov podoktorski raziskovalec Christopher Verhaaren temeljil na tej teoriji in predlagal, da bi temno snov lahko sestavljali tudi temni polmagneti. Ti hipotetični polmagneti bi bili temne različice dolgo iskanih monopolov ali magnetov ki ima samo en pol, je fizik Paul Dirac prvič predlagal v tridesetih letih prejšnjega stoletja. (Kljub desetletjem lova še nihče ni našel nobenih dokazov zanje v naravi.)
Vendar Dirac ni samo predlagal monopolov; predlagal je tudi, da bi elektron, ki se giblje okoli monopola, vplival na njegovo magnetno polje. Torej, če je teorija Terninga in Verhaarena prava, in temne različice teh polmagnetov skrivajo nekje v vesolju - in če ti temni polmagneti delujejo kot Dirakov monopol -, bi pustili subtilne namige tudi v poteh elektronov.
Če obstajajo temni monopoli, bi oddajali temne fotone, ki se lahko spremenijo v običajne fotone, preden jih elektroni absorbirajo, je dejal Terning. Ta interakcija bi povzročila, da bi se elektroni vrteli ali spremenili smer le majhen zalogaj, kar bi povzročilo motnje, imenovane Aharonov-Bohmov učinek. (Elektroni niso le delci, ampak so tudi valovi; vzorec motenj je tisto, kar se pokaže, ko se vrhovi in doline elektronske "valovne enačbe" med seboj seštevajo ali prekličejo, kar ustvari niz vzporedne svetlobe in temne črte.) Terning in Verhaaren predlagata, da bi lahko z elektronskimi mikroskopi zaznali to zelo majhno spremembo vzorcev motenj elektronov.
Navdušen nad soncem
Če obstaja temna snov, je v nas in povsod okoli nas - tudi v kateremkoli mikroskopu z elektronskimi žarki, ki bi ga uporabili za njegovo zaznavanje. Toda za odkrivanje temne snovi s pomočjo vznemirjenja elektronov bi morali čudni polmagneti, ki sestavljajo temno snov, imeti dovolj močno magnetno polje. To pomeni, da bi morali ti polmagneti imeti veliko energije.
Monopoli, ki gredo blizu sonca, bi lahko postali navdušeni, pridobili več energije in se nato spustili do Zemlje, je dejal Terning. Napoveduje, da bi približno pet teh vznemirjenih monopolov na dan šlo skozi nekaj v velikosti njihovega predlaganega mikroskopa z elektronskimi žarki. "To ni slabo, ker bi bili običajni detektorji WIMP veseli, če bi dobili pet dogodkov na leto," je dejal.
Poleg tega bi bila sprememba faze elektronov, ki jo povzročajo temni polmagneti, tako majhna, da bi za zaznavanje tega potrebovali neverjetno mikroskope z elektronskimi žarki z visoko ločljivostjo - tisti, ki trenutno obstajajo, verjetno niso dovolj močni . Ta elektronski mikroskop bi moral imeti ločljivost, ki je petkrat večja od trenutne, je dejal Terning.
Vsekakor upamo, da bomo te ljudi s super fancy elektronskimi mikroskopi zanimali za iskanje tega "ali pa" bomo morda morali zgraditi še enega samo za sedenje in čakanje na temno snov, "je dejal Terning.
Različne konkurenčne teorije temne snovi bi nam povedale popolnoma različne zgodbe o tem, kako se je oblikovalo zgodnje vesolje, je dejal. Ko ugotovite, iz česa je pravzaprav sestavljena temna snov - naj gre za lahke ali težke delce -, bi ljudje lahko na Zemlji ustvarjali tovrstne tovarne. "Če je zelo lahka, ne potrebujete veliko energije, da bi ustvarili svojo temno snov."
Znanstveniki so svojo študijo objavili v reviji za tisk arXiv. Še ni bil opravljen strokovni pregled.
