Csak a bonyolult dolgokról: mi az a sötét anyag, és hol keressük. Az élet a sötét anyagban rejtőzik? A Higgs-bozon bomlása sötét anyaggá

A tudás ökológiája. A sötét anyag részecskéi nem termelnek, nem vernek vissza vagy nyelnek el fényt. Azonban, bár nem látjuk

A sötét anyag részecskéi nem termelnek, nem vernek vissza vagy nyelnek el fényt. Bár a sötét anyagot nem látjuk közvetlenül, és még mindig nem értjük a természetét, a tudósok egyetértenek abban, hogy az ismert univerzum 26%-át teszi ki más kozmikus objektumokra gyakorolt ​​gravitációs hatásainak megfigyelésével. Mint a szél meghajlítja a fát, nem látjuk a sötét anyagot, de tudjuk, hogy ott van. E megfigyelések alapján a tudósok nagyon érdekes elméleteket dolgoznak ki ezzel a titokzatos anyaggal kapcsolatban. Ha felfedezik, az Univerzumról alkotott ismereteink nagymértékben javulnak.

A sötét anyag tömeges kihalást okozhat

Michael Rampino, a New York-i Egyetem biológiaprofesszora úgy véli, hogy a Föld mozgása a galaktikus korongon (a mi régiónk a Tejútrendszerben) tömeges kihalásokat okozhat a Földön. Ez azért történt, mert mozgásunk megzavarta az üstökösök keringését a külső Naprendszerben (az Oort-felhőként ismert), és megnövelte bolygónk magjának hőjét.

A Nap bolygóival együtt 250 millió évente kerüli meg a Tejútrendszer középpontját. Útja során 30 millió évente átszövi a galaktikus korongot. Rampino azzal érvel, hogy a Föld áthaladása a korongon egybeesik az üstökösök becsapódásával és a Földön bekövetkezett tömeges kihalással, beleértve azt is, amely 65 millió évvel ezelőtt történt, amikor a dinoszauruszok kihaltak. Van egy olyan elmélet is, amely szerint közvetlenül azelőtt, hogy az aszteroida véget vetett volna az óriásgyíkoknak, soraikat jelentősen megritkították a vulkánkitörések.

A szokatlan vulkáni tevékenység és egy aszteroida becsapódás kombinációja egybeesik a Földnek a galaktikus korongon való áthaladásával: "A korongon való áthaladás során a sötét anyag koncentrációja megzavarja az üstökösök útját, amelyek jellemzően messze repülnek a Földtől a külső Naprendszerben" Rampino. "Ez azt jelenti, hogy az üstökösök, amelyek általában nagy távolságokat tesznek meg a Földtől, szokatlan utakon haladnak egészen addig a pontig, amíg összeütköznek a bolygóval." Egyesek úgy vélik, Rampino elmélete nem működik, mert a dinoszauruszok egy aszteroida, nem pedig egy üstökös miatt haltak ki. Az Oort-felhő 4%-a azonban kisbolygókból áll, ami körülbelül nyolcmilliárd.

Ezen túlmenően, Rampino úgy véli, hogy a Föld minden egyes galaktikus korongon való áthaladása sötét anyag felhalmozódását eredményezte a bolygó magjában. Ahogy a sötét anyag részecskéi megsemmisítik egymást, intenzív hőt hoznak létre, ami vulkánkitöréseket, tengerszint-változásokat, hegyek növekedését és egyéb geológiai tevékenységeket okozhat, amelyek súlyosan befolyásolják a földi életet.

A Tejút lehet egy óriási féreglyuk

Lehet, hogy egy óriási alagútban élünk, amely egy rövid út az Univerzumban. Amint azt Einstein általános relativitáselmélete megjósolta, a féreglyuk egy olyan tartomány, amelyben a tér és az idő meghajlik, és egy féreglyukat hoz létre a világegyetem távoli részébe. Az olaszországi Triesztben található International School of Advanced Studies asztrofizikusai szerint a sötét anyag galaxisunkban oly módon oszlik el, hogy a Tejútrendszerünk közepén egy stabil féreglyukat támaszt. Ezek a tudósok úgy vélik, hogy ideje újragondolni a sötét anyag természetét, talán egyszerűen egy másik dimenzió részét képezi.

„Ha kombináljuk a Tejútrendszer sötét anyagának térképét a legújabb ősrobbanási modellel – mondja Paulo Salucci professzor –, és feltételezzük a tér-idő alagutak létezését, akkor azt találjuk, hogy galaxisunkban is lehet egy ilyen alagutak. és egy ilyen alagút akkora lehet, mint egy egész galaxis. Sőt, ezen az alagúton akár át is mehetünk, hiszen számításaink szerint hajózható lesz. Mint amit az Interstellar című filmben láttunk.

Persze ez csak egy elmélet. A tudósok azonban úgy vélik, hogy a sötét anyag lehet a kulcs a féreglyuk létrehozásához és megfigyeléséhez. Eddig még nem fedeztek fel féreglyukat a természetben.

A Galaxy X felfedezése

A Galaxy X sötét anyaggalaxisként is ismert, egy nagyrészt láthatatlan törpegalaxis, amely a Tejútrendszer korongján kívüli hideg hidrogéngáz furcsa hullámzásáért lehet felelős. A Galaxy X a Tejútrendszer műholdgalaxisa, amely négy cefeida-változóból álló halmazban, pulzáló csillagokból áll, amelyeket jelzőként használnak a távolságok mérésére az űrben. Ennek a törpegalaxisnak a többi részét nem látjuk, mert az elmélet szerint sötét anyagból áll. Ennek a galaxisnak a gravitációs vonzása azonban létrehozza az általunk látott hullámokat. A sötét anyag gravitációs forrása nélkül, amely összetartaná őket, a négy cefeida valószínűleg szétrepülne.

„A cefeida-változók felfedezése azt mutatja, hogy a sötét anyag által uralt törpegalaxisok helyének megtalálására szolgáló módszerünk működik” – mondja Sukanya Chakrabarti csillagász. "Ez segíthet nekünk végső soron megérteni, miből áll a sötét anyag." Ez azt is mutatja, hogy Newton gravitációs elmélete a galaxis legtávolabbi pontjain is használható, és nincs szükség a gravitációs elméletünk megváltoztatására."

A Higgs-bozon bomlása sötét anyaggá

Az 1970-es években kifejlesztett részecskefizikai standard modell olyan elméletek összessége, amelyek lényegében megjósolják az univerzum összes ismert szubatomi részecskéjét és azok kölcsönhatását. A Higgs-bozon (más néven „Istenrészecske”) 2012-es megerősítésével a Standard Modell elkészült. Sajnos ez a modell nem magyaráz meg mindent, és nem mond semmit a gravitációról és a sötét anyagról. A Higgs-részecske tömege is túl kicsinek tűnik egyes tudósok számára.

Ez arra késztette a Chalmers Műszaki Egyetem tudósait, hogy egy új szuperszimmetrián alapuló modellt javasoljanak, amely minden ismert szabványos modell részecskét egy nehezebb szuperpartnerrel lát el. Az új elmélet szerint a Higgs-részecskék egy kis része fotonná (egy fényrészecské) és két gravitinóvá (hipotetikus sötét anyagrészecskévé) bomlik. Ha megerősítik, ez a modell teljesen forradalmasítja a természet alapvető építőköveinek megértését.

Sötét anyag a Napon

A Nap elemzésére használt módszertől függően a hidrogénnél vagy a héliumnál nehezebb elemek mennyisége 20-30 százalékkal ingadozik. Ezen elemek mindegyikét meg tudjuk mérni, ha megnézzük az általa kibocsátott fény spektrumát, például egy ujjlenyomatot, vagy megvizsgáljuk, hogyan hat a Napon áthaladó hanghullámokra. A Nap elemeinek e két mérési típusának rejtélyes különbségét a naptöbblet (vagy bőség) problémájának nevezik.

Pontosan meg kell mérnünk ezeket az elemeket, hogy megértsük a nap kémiai összetételét, valamint sűrűségét és hőmérsékletét. Több szempontból is segít megérteni más csillagok, valamint bolygók és galaxisok összetételét és viselkedését.

A tudósok évekig nem tudtak elfogadható megoldást kidolgozni. Ezután Aaron Vincent asztrofizikus és munkatársai a sötét anyag jelenlétét javasolták a Nap magjában, mint lehetséges választ a kérdésre. Számos modell tesztelése után egy működő elmélettel álltak elő. Ez azonban magában foglalta a sötét anyag egy speciális típusát - "gyengén kölcsönható aszimmetrikus sötét anyagot", amely egyszerre lehetett anyag vagy antianyag.

A gravitációs mérések alapján a tudósok megtudták, hogy a Napot sötét anyag glória veszi körül. Az aszimmetrikus sötét anyag részecskék nem tartalmaznak sok antianyagot, így túlélik a közönséges anyaggal való érintkezést, és felhalmozódnak a Nap magjában. Ezek a részecskék a Nap középpontjában is képesek elnyelni az energiát, majd a hőt a külső szélekre szállítani, ami megmagyarázhatja a napenergia-többlet problémáját.

A sötét anyag makroszkopikus lehet

Case Western Reserve tudósai kételkednek abban, hogy a megfelelő helyen keressük a sötét anyagot. Konkrétan azt sugallják, hogy a sötét anyag nem apró egzotikus részecskékből állhat, mint például a WIMP-k (gyengén kölcsönhatásba lépő masszív részecskék), hanem makroszkopikus objektumokból, amelyek néhány centimétertől egy aszteroida méretig terjednek. A tudósok azonban elméletüket arra korlátozzák, amit az űrben már megfigyeltek. Innen ered az a meggyőződésük, hogy a részecskefizika standard modellje megadja a választ. Nincs szükség új modellre.

A tudósok „makróknak” nevezték a sötét anyag tárgyait. Nem állítják, hogy a WIMP-k és az axionok nem léteznek, de azt elismerik, hogy a sötét anyag utáni kutatásunkban más jelöltek is lehetnek. Vannak példák olyan anyagra, amely sem nem hétköznapi, sem nem egzotikus, de megfelel a Standard Modell paramétereinek.

„A tudományos közösség az 1980-as évek végén feladta azt az elképzelést, hogy a sötét anyag közönséges anyagból is előállítható” – mondja Glenn Starkman fizikaprofesszor. "Azt kérdezzük, hogy ez tévedés volt-e, és hogy a sötét anyag létrejöhet-e közönséges anyagból - kvarkokból és elektronokból?"

Sötét anyag észlelése GPS segítségével

Két fizikus azt javasolta, hogy GPS-műholdak segítségével keressenek sötét anyagot, amely a tudósok szerint nem a hagyományos értelemben vett részecskék, hanem inkább a téridő szövetének elmosódása.

„Kutatásunk azt sugallja, hogy a sötét anyag topológiai hibák vagy energetikai repedések óriási, gázszerű gyűjteményeként szerveződik” – mondja Andrej Derevjanko, a Nevadai Egyetem munkatársa. „Azt javasoljuk, hogy észleljük ezeket a hibákat, a sötét anyagot, érzékeny atomórák hálózatával. Az ötlet az, hogy amikor az órák szinkronba kerülnek, tudni fogjuk, hogy a sötét anyag, egy topológiai hiba, áthaladt ezen a helyen. Lényegében azt tervezzük, hogy a GPS-műholdakat használjuk a legnagyobb, ember által készített sötétanyag-detektorként."

A tudósok 30 GPS-műhold adatait elemzik, és a segítségükkel próbálják tesztelni elméletüket. Ha a sötét anyag valóban gáz halmazállapotú, akkor a Föld áthalad rajta, miközben áthalad a galaxison. Szélként működve a sötét anyag darabjait elsodornák a Föld és műholdai, aminek következtében a műholdak és a földi GPS-órák hárompercenként elveszítenék a szinkront. A tudósok a másodperc egymilliárd részeig képesek lesznek nyomon követni az eltéréseket.

A sötét anyagot sötét energia táplálhatja

Egy nemrégiben készült tanulmány szerint a sötét energia táplálkozhat a sötét anyagból, miközben kölcsönhatásba lépnek, ami viszont lelassítja a galaxisok növekedését, és végül szinte teljesen üresen hagyhatja az univerzumot. Lehetséges, hogy a sötét anyag sötét energiává bomlik, de ezt még nem tudjuk. A Planck űrszonda nemrégiben finomította az Univerzum fizikai összetételét: 4,9% közönséges anyag, 25,9% sötét anyag és 69,2% sötét energia.

Nem látunk sötét anyagot vagy sötét energiát. Ezeket a fogalmakat a tudományos közösség nem is nagyon határozza meg. Inkább olyan gyorsírások, amelyek addig maradnak, amíg meg nem értjük, mi is történik valójában.

A sötét anyag vonz, a sötét energia taszít. A sötét anyag az a keret vagy alap, amelyre a galaxisok és tartalmaik épülnek. Úgy gondolják, hogy gravitációs ereje összetartja a csillagokat a galaxisokban. A gravitáció erősebb, ha a tárgyak közelebb vannak egymáshoz, és gyengébb, ha távolabb vannak egymástól.

Másrészt a sötét energia arra az erőre utal, amely az Univerzum tágulását okozza, és galaxisokat küld el. Ahogy a sötét energia eltolja ezeket a tárgyakat, a gravitáció gyengül. Ez arra utal, hogy a tér tágulása a gravitációs hatások miatt inkább felgyorsul, semmint lassul, ahogyan azt valaha gondolták.

„Az 1990-es évek vége óta a csillagászok meg vannak győződve arról, hogy valami miatt felgyorsul univerzumunk tágulása” – mondja David Wonds professzor, a Portsmouthi Egyetemről. - Az egyszerű magyarázat az, hogy az üres térnek - a vákuumnak - van egy energiasűrűsége, ami kozmológiai állandó. Azonban egyre több bizonyíték támasztja alá, hogy ez az egyszerű modell nem tudja megmagyarázni a csillagászati ​​adatok teljes körét, amelyekhez a tudósok hozzáférhetnek. Különösen a kozmikus szerkezet, a galaxisok és a galaxishalmazok növekedése lassabban megy végbe a vártnál."

A sötét anyag hullámzást okoz a galaktikus korongban

Ha a Földről nézünk az űrbe, látni fogjuk, hogy a csillagok hirtelen véget érnek 50 000 fényévnyire galaxisunk középpontjától. Ezért ez a galaxis vége. Nem fogunk látni semmi komolyat, amíg 15 000 fényévnyire el nem távolodunk ettől a határtól, a Monoceros Ringtől, a galaxisunk síkja felett fekvő csillagoktól. Egyes tudósok úgy vélték, hogy ezek a csillagok egy másik galaxisból szakadtak el.

A Sloan Digital Sky Survey adatainak új elemzése azonban feltárta, hogy a Monoceros Ring lényegében galaxisunk része. Ez azt jelenti, hogy a Tejútrendszer legalább 50%-kal nagyobb, mint gondoltuk – és galaxisunk átmérője 100 000–120 000 fényévről 150 000–180 000 fényévre nő.

A Földről nézve nem látjuk, hogy a galaktikus korong rései miatt össze vannak kötve. Ezek a hullámok koncentrikus köröknek tűnnek, amelyek onnan sugároznak, ahol a kő a vízbe esik. A hullám felemelkedik és elzárja a kilátást az óceánra, így csak a magasabb hullámok láthatók. Tehát, bár galaxisunk alakja részben blokkolta a kilátásunkat, az Unikornis Gyűrűt úgy láttuk, mint egy magas hullám csúcsát.

Ez a felfedezés megváltoztatja a Tejútrendszer felépítéséről alkotott ismereteinket.

„Azt találtuk, hogy a Tejútrendszer korongja nem csupán egy síkban lévő csillagok korongja, hanem hullámos” – mondja Heidi Newberg, a Rensselaer School of Science munkatársa. - Legalább négy mélyedést látunk a Tejútrendszer korongjában. És mivel ez a négy mélyedés csak a mi szemszögünkből látható, feltételezhetjük, hogy hasonló hullámok léteznek a Tejútrendszer teljes korongján."

A tudósok úgy vélik, hogy a hullámzást egy sötét anyagdarab vagy egy törpegalaxis okozhatja, amely átszeli a Tejútrendszert. Ha ez az elmélet helyesnek bizonyul, a Tejútrendszer koncentrikus mélyedései segítenek a tudósoknak elemezni a sötét anyag eloszlását galaxisunkban.

Gamma-sugár aláírás

Egészen a közelmúltig a tudósok csak úgy tudták kimutatni a sötét anyagot, hogy megfigyelték annak lehetséges gravitációs hatásait más űrbeli objektumokra. A tudósok azonban úgy vélik, hogy a gamma-sugarak közvetlen jelei lehetnek annak, hogy sötét anyag rejtőzik az Univerzumunkban. Lehet, hogy már észlelték az első gamma-sugarat a Reticulum 2-ben, egy nemrégiben felfedezett törpegalaxisban a Tejútrendszer közelében.

A gamma sugarak a galaxisok sűrű központjaiból kibocsátott nagy energiájú elektromágneses sugárzás egyik formája. Ha a sötét anyag valóban WIMP-kből áll, akkor a sötét anyag részecskéi a WIMP-k kölcsönös megsemmisülése révén létrejövő gamma-sugarak forrásai lehetnek. A gamma sugarakat azonban más források is kibocsáthatják, például fekete lyukak és pulzárok. Ha az elemzési folyamat el tud választani egyes forrásokat másoktól, akkor képesek leszünk gamma-sugarakat nyerni a sötét anyagból. De ez csak egy elmélet.

A tudósok úgy vélik, hogy a legtöbb törpegalaxis nem rendelkezik a gamma-sugárzás fontos forrásaival, amelyek 99%-át teszik ki. Ezért izgatják a Carnegie Mellon, a Brown és a Cambridge-i egyetemek fizikusait a Reticulum 2-ből érkező gamma-sugarak.

"A sötét anyag gravitációs detektálása nagyon keveset árul el a sötét anyag részecskéinek viselkedéséről" - mondja Matthew Walker, a Carnegie Mellon Egyetem munkatársa. "Most van egy nem gravitációs detektálásunk, amely bemutatja, hogy a sötét anyag részecskeként viselkedik, és ez rendkívül fontos."

Természetesen fennáll annak a lehetősége, hogy ez a gamma-sugárzás más, még nem azonosított forrásból származott. Ugyanabban az időben kilenc törpegalaxis legújabb felfedezése a Tejútrendszer közelében lehetőséget ad a tudósoknak, hogy tovább vizsgálják ezt az elméletet. közzétett

Az Univerzum eredetének, múltjának és jövőjének kérdése időtlen idők óta foglalkoztatja az embereket. Az évszázadok során olyan elméletek születtek és cáfoltak, amelyek az ismert adatok alapján kínálnak képet a világról. Einstein relativitáselmélete nagy sokk volt a tudományos világban. Az Univerzumot formáló folyamatok megértéséhez is nagyban hozzájárult. A relativitáselmélet azonban nem mondhatta magát a végső igazságnak, nem igényel kiegészítést. A továbbfejlesztett technológiák lehetővé tették a csillagászok számára, hogy korábban elképzelhetetlen felfedezéseket tegyenek, amelyek új elméleti keretet vagy a meglévő rendelkezések jelentős kiterjesztését igényelték. Az egyik ilyen jelenség a sötét anyag. De először a dolgok.

Dolgok az elmúlt napokból

A „sötét anyag” kifejezés megértéséhez menjünk vissza a múlt század elejére. Abban az időben az uralkodó elképzelés az volt, hogy az Univerzum egy álló szerkezet. Mindeközben az általános relativitáselmélet (GTR) azt feltételezte, hogy előbb-utóbb az űrben lévő összes tárgy egyetlen golyóvá „összetapadásához” vezet, úgynevezett gravitációs összeomlás következik be. Az űrobjektumok között nincsenek taszító erők. A kölcsönös vonzást centrifugális erők kompenzálják, ami csillagok, bolygók és más testek állandó mozgását hozza létre. Ily módon a rendszer egyensúlya megmarad.

Az Univerzum elméleti összeomlásának megakadályozása érdekében Einstein bevezetett egy kozmológiai állandót - egy értéket, amely a rendszert a szükséges stacionárius állapotba hozza, ugyanakkor valójában fiktív, és nincs nyilvánvaló alapja.

Táguló Univerzum

Friedman és Hubble számításai és felfedezései azt mutatták, hogy nincs szükség az általános relativitáselmélet harmonikus egyenleteinek megsértésére új állandó használatával. Bebizonyosodott, és ma már gyakorlatilag senki sem vonja kétségbe ezt a tényt, hogy az Univerzum tágul, valamikor volt kezdete, és stacionaritásról szó sem lehet. A kozmológia további fejlődése az ősrobbanás elméletének megjelenéséhez vezetett. Az új feltételezések fő megerősítése a galaxisok közötti távolság megfigyelt növekedése az idő múlásával. A szomszédos kozmikus rendszerek egymástól távolodásának sebességének mérése vezetett a sötét anyag és a sötét energia létezésének hipotéziséhez.

Az elmélettel ellentétes adatok

Fritz Zwicky 1931-ben, majd Jan Oort 1932-ben és az 1960-as években egy távoli halmazban lévő galaxisok anyagtömegének kiszámításával foglalkoztak, valamint annak kapcsolatát az egymástól való eltávolodás sebességével. A tudósok időről időre ugyanarra a következtetésre jutottak: ez az anyagmennyiség nem elég ahhoz, hogy az általa létrehozott gravitáció összetartsa az ilyen nagy sebességgel mozgó galaxisokat. Zwicky és Oort azt javasolta, hogy létezik egy rejtett tömeg, az Univerzum sötét anyaga, amely megakadályozza, hogy a kozmikus objektumok különböző irányokba szóródjanak.

A hipotézis azonban csak a hetvenes években, Vera Rubin munkájának eredményeinek bejelentése után kapott elismerést a tudományos világtól.

Olyan forgási görbéket szerkesztett, amelyek egyértelműen demonstrálják a galaktikus anyag mozgási sebességének a távolságtól való függését, amely elválasztja a rendszer középpontjától. Az elméleti feltételezésekkel ellentétben kiderült, hogy a csillagok sebessége nem csökken a galaktikus középponttól távolodva, hanem nő. A csillagok ilyen viselkedése csak egy halo jelenlétével magyarázható a galaxisban, amely tele van sötét anyaggal. A csillagászat tehát az univerzum egy teljesen feltáratlan részével szembesült.

Tulajdonságok és összetétel

Ezt sötétnek nevezik, mert semmilyen létező eszközzel nem látható. Jelenlétét egy közvetett jel ismeri fel: a sötét anyag gravitációs teret hoz létre, miközben elektromágneses hullámokat egyáltalán nem bocsát ki.

A tudósok legfontosabb feladata az volt, hogy választ kapjanak arra a kérdésre, hogy miből áll ez az anyag. Az asztrofizikusok megpróbálták „megtölteni” a szokásos barion anyaggal (a barion anyag többé-kevésbé tanulmányozott protonokból, neutronokból és elektronokból áll). A galaxisok sötét fényudvarába ilyen típusú kompakt, gyengén sugárzó csillagok és a Jupiterhez közeli hatalmas bolygók tartoztak. Az ilyen feltételezések azonban nem állták ki a vizsgálatot. Az ismerős és ismerős barion anyag tehát nem játszhat jelentős szerepet a galaxisok rejtett tömegében.

Ma a fizika ismeretlen komponensek keresésével foglalkozik. A tudósok gyakorlati kutatásai a mikrovilág szuperszimmetriájának elméletén alapulnak, amely szerint minden ismert részecskére van egy szuperszimmetrikus pár. Ezek alkotják a sötét anyagot. Azonban még nem sikerült bizonyítékot szerezni az ilyen részecskék létezésére, talán ez a közeljövő kérdése.

Sötét energia

Egy új típusú anyag felfedezése nem vetett véget azoknak a meglepetéseknek, amelyeket az Univerzum készített a tudósok számára. 1998-ban az asztrofizikusok újabb lehetőséget kaptak az elméleti adatok és a tények összehasonlítására. Ezt az évet egy tőlünk távoli galaxisban történt robbanás jellemezte.

A csillagászok megmérték a távolságot, és rendkívül meglepődtek a kapott adatokon: a csillag sokkal messzebbre lobbant fel, mint amennyire a létező elmélet szerint lennie kellett volna. Kiderült, hogy az idő múlásával növekszik: most sokkal magasabb, mint 14 milliárd évvel ezelőtt, amikor állítólag megtörtént az Ősrobbanás.

Mint tudják, a test mozgásának felgyorsításához energiát kell átadnia. Az Univerzumot gyorsabb tágulásra kényszerítő erőt sötét energiának nevezték el. Ez nem kevésbé titokzatos része az űrnek, mint a sötét anyag. Csak annyit tudni, hogy az Univerzumban egyenletes eloszlás jellemzi, és becsapódása csak óriási kozmikus távolságokban regisztrálható.

És ismét a kozmológiai állandó

A sötét energia megrendítette az ősrobbanás elméletét. A tudományos világ egy része szkeptikus egy ilyen anyag lehetőségét és az általa okozott tágulási gyorsulást illetően. Egyes asztrofizikusok megpróbálják feleleveníteni Einstein elfeledett kozmológiai állandóját, ami ismét nagy tudományos tévedésből munkahipotézissé válhat. Jelenléte az egyenletekben antigravitációt hoz létre, ami a tágulás felgyorsulásához vezet. A jelenléti vonatkozások egy része azonban nincs összhangban a megfigyelési adatokkal.

Ma a sötét anyag és a sötét energia, amelyek az Univerzum anyagának nagy részét alkotják, rejtélyek a tudósok számára. A természetükkel kapcsolatos kérdésre nincs egyértelmű válasz. Sőt, talán nem is ez az utolsó titok, amit az űr elhallgat előlünk. A sötét anyag és az energia olyan új felfedezések küszöbét jelenthetik, amelyek forradalmasíthatják az Univerzum szerkezetének megértését.

• Fordítás

Egy láthatatlan civilizáció létezhet közvetlenül az orrod alatt.

Bár tudjuk, hogy a közönséges anyag az Univerzum energiájának csak 1/20-áért, az anyag által hordozott energiának pedig 1/6-áért felelős (a többi pedig a sötét energiába megy át), a közönséges anyagot nagyon fontos összetevőnek tartjuk. A kozmológusok kivételével szinte minden ember a közönséges anyagra koncentrál, bár energetikai szempontból ez nem olyan fontos.

A közönséges anyag természetesen kedvesebb számunkra, mert abból vagyunk – mint az egész kézzelfogható világ, amelyben élünk. De kölcsönhatásainak gazdag változatossága miatt is érdekel bennünket. A közönséges anyagok kölcsönhatásai közé tartozik az elektromágneses, a gyenge és az erős - ezek segítenek az anyagnak összetett, sűrű rendszereket alkotni. Nemcsak csillagok, hanem sziklák, óceánok, növények és állatok is léteznek a kölcsönhatásokért felelős nem gravitációs természeti erőknek köszönhetően. Ahogy a mulatozót jobban befolyásolja az alkohol, mint a sör többi összetevője, úgy a közönséges anyag, bár az energiasűrűség egy kis részét hordozza, sokkal észrevehetőbben hat önmagára és környezetére, mint valami egyszerűen elrepülő.

Az általunk ismert látható anyag az anyag kitüntetett százalékának – egészen pontosan 15%-nak – tekinthető. Az üzleti életben és a politikában az emberek 1%-a befolyásolja a döntéseket és a szabályokat, a lakosság fennmaradó 99%-a pedig infrastruktúrát és támogatást biztosít - épületek karbantartását, városok működését, élelmiszerek szállítását. Hasonlóképpen a közönséges anyag szinte mindenre hatással van, amit megfigyelünk, a sötét anyag pedig a maga bőségében és mindenütt jelenlétében elősegíti a halmazok és galaxisok létrejöttét, biztosítja a csillagok kialakulását, de csekély hatással van közvetlen környezetünkre.

A hozzánk közel álló struktúrákat a hétköznapi anyag irányítja. Felelős testünk mozgásáért, a gazdaságunkat tápláló energiaforrásokért, a számítógép képernyőjéért vagy a papírért, amelyen ezt olvassa, és szinte minden másért, amit csak el tudsz képzelni. Ha valami mérhető módon kölcsönhatásba lép, arra érdemes figyelni, mert képes lesz befolyásolni környezetünket.

Normális esetben a sötét anyagnak nincs ilyen érdekes hatása és szerkezete. Feltételezzük, hogy a sötét anyag az a ragasztó, amely összetartja a galaxisokat és halmazaikat, amelyek amorf felhőkben helyezkednek el. De mi van akkor, ha ez nem így van, és csak az elfogultságunk - és a tudatlanságunk, az elfogultság gyökere - okozza tévhitünket?

A Standard Modellben hatféle kvark található, háromféle töltött lepton (beleértve az elektront is), háromféle neutrínó, az összes erőért felelős részecskék és az újonnan felfedezett Higgs-bozon. Mi van, ha a sötét anyag világa, talán nem is olyan sokszínű, szintén sokszínű? Ebben az esetben a sötét anyag kölcsönhatásai elhanyagolhatóak lesznek, de egy kis része a közönséges anyag erőire emlékeztető erőkkel lép kölcsönhatásba. A részecskék és erők gazdag és összetett szerkezete a Standard Modellben sok érdekes jelenségért felelős. Ha a sötét anyagnak van kölcsönhatásban lévő komponense, az is befolyással lehet.

Ha sötét anyagból készült lények lennénk, helytelen lenne azt feltételezni, hogy a közönséges anyag minden részecskéje egyforma. Talán a hétköznapi anyagból készült emberek is elkövetik ugyanezt a hibát. Tekintettel az SM részecskefizika összetettségére, amely az anyag általunk ismert legegyszerűbb összetevőit írja le, furcsának tűnik az a feltételezés, hogy minden sötét anyag csak egyfajta részecskéből áll. Miért nem feltételezzük, hogy annak egy része ki van téve saját kölcsönhatásainak?

Ekkor, ahogy a közönséges anyag különböző típusú részecskékből áll, és ezek az alapvető alkotóelemek a töltések különböző kombinációi révén kölcsönhatásba lépnek, a sötét anyagnak is különböző összetevői lesznek – és az ilyen részecskék legalább egy típusa részt vesz a nem gravitációs kölcsönhatásokban. . Az SM neutrínóit nem befolyásolja az elektromos erő vagy az erős kölcsönhatás, ellentétben a hat típusú kvarkkal.

Hasonlóképpen, a sötét anyag részecskéinek egyik típusa gyengén vagy egyáltalán nem lép kölcsönhatásba semmi mással, mint a gravitációval, de a részecskék mintegy 5%-a más kölcsönhatásokat tapasztal. A közönséges anyag tanulmányozása alapján azt mondhatjuk, hogy ez a lehetőség valószínűbb, mint az egyetlen gyengén kölcsönható részecske jelenlétének szokásos feltételezése.

A külföldi közkapcsolatokban részt vevők által elkövetett hiba az, hogy egy másik ország kultúráját egybetömik, és nem veszik figyelembe azt a tényt, hogy az a saját országukban megnyilvánuló sokszínűséget tartalmazhat. Ahogy a jó tárgyalónak nem szabad azt feltételeznie, hogy a társadalom egyik szektora domináns a másikkal szemben, amikor megpróbálja összehasonlítani a különböző kultúrákat, úgy egy nyitott tudósnak sem szabad azt feltételeznie, hogy a sötét anyag nem olyan érdekes, mint a normál anyag, és hiányzik belőle a hasonló anyagok sokfélesége. a normál anyagéhoz, ami a miénkben van.

Corey Powell, a népszerű tudományos író, aki kutatásunkról számolt be a Discover magazinban, azzal kezdte, hogy ő „könnyűanyag soviniszta” – és mi is azok vagyunk. Arra gondolt, hogy úgy gondoljuk, hogy az általunk ismert téma fontosabb, ennélfogva összetettebb és érdekesebb. Nagyon hasonló elképzeléseket döntött meg a kopernikuszi forradalom. De a legtöbb ember ragaszkodik ahhoz, hogy nézőpontja és fontosságunkba vetett hitük megfeleljen a való világnak.

A közönséges anyag számos összetevője különböző módon kölcsönhatásba lép, és különböző módon befolyásolja a világot. Így előfordulhat, hogy a sötét anyagnak különböző viselkedésű részecskéi vannak, amelyek mérhető módon befolyásolják az Univerzum szerkezetét.

Amikor először elkezdtem tanulmányozni a részben kölcsönhatásba lépő sötét anyagot, meglepett, hogy szinte senki sem gondolta, hogy az a feltevés, hogy csak a közönséges anyag mutat különféle részecsketípusokat és kölcsönhatásokat, arrogáns tévedés. Egyes fizikusok olyan modelleket próbáltak elemezni, mint a „tükör sötét anyag”, amelyekben a sötét anyag mindent megismétel, ami a közönséges anyagra jellemző. De az ilyen példák egzotikusak. Következményeiket nehéz összeilleszteni azzal, amit tudunk.

Számos fizikus tanulmányozta a sötét anyag kölcsönhatásainak több kommunikációs modelljét. De azt is feltételezték, hogy minden sötét anyag egyforma, és ugyanazon kölcsönhatásoknak van kitéve. Senki sem fogadta el azt az egyszerű lehetőséget, hogy bár a legtöbb sötét anyag nem lép kölcsönhatásba a normál anyaggal, egy kis része mégis.

Ennek egyik oka egyértelmű. A legtöbben úgy gondolják, hogy az új típusú sötét anyag nem fogja befolyásolni a legtöbb megfigyelt jelenséget, ha csak egy kis része a sötét anyagnak. Még a sötét anyag legfontosabb komponensét sem tudtuk még megfigyelni, és korainak tűnik a kis komponensének tanulmányozása.

De ha emlékszünk arra, hogy a közönséges anyag a sötét anyag energiájának csak 20%-át adja át, miközben legtöbbünk ezt csak észreveszi, akkor megérthetjük, hol téved ez a logika. Az erősebb, nem gravitációs erők által kölcsönhatásba lépő anyagok nagyobb érdeklődésre és hatásra tehetnek szert, mint a gyengén kölcsönható anyagok.

Ez a helyzet a hétköznapi anyagokkal. Kis mennyisége ellenére rendkívül erős, mivel sűrű korongokba tömörül, amelyekből csillagok, bolygók, Föld és élet alakulhatnak ki. A sötét anyag töltött komponense - bár lehet, hogy nincs belőle annyi - össze is omolhat és korongokat képezhet, például a Tejútrendszerben látható korongot. Akár csillagszerű tárgyakká is tömörülhet. Egy ilyen szerkezet elvileg megfigyelhető, és talán még könnyebb is, mint a hétköznapi hideg sötét anyag, amely egy hatalmas gömb alakú glóriában van szétszórva.

Ha így gondolkodunk, a lehetőségek száma gyorsan nő. Végül is az elektromágnesesség csak egy a számos nem gravitációs kölcsönhatás közül, amelyeket a Standard Modell részecskék tapasztalnak. Amellett, hogy az elektronokat az atommagokhoz köti, az SM részecskék gyenge és erős nukleáris kölcsönhatásokat tapasztalnak. A hétköznapi anyagok világában létezhetnek más kölcsönhatások is, de ezek annyira gyengék a rendelkezésünkre álló energiákon, hogy még senki sem figyelte meg őket. De még három nem gravitációs kölcsönhatás jelenléte is arra utal, hogy a sötét elektromágnesességen kívül más nem gravitációs kölcsönhatások is jelen lehetnek a sötét szektorban.

Talán a sötét anyagot az elektromágneseshez hasonló erők mellett nukleáris erők is befolyásolják. Lehetséges, hogy a sötét anyag sötét csillagokat képezhet, amelyekben magreakciók játszódnak le, aminek eredményeként olyan szerkezetek jönnek létre, amelyek jobban viselkednek, mint a közönséges anyag, mint az általam eddig leírt sötét anyag. Ebben az esetben a sötét korong tartalmazhat sötét csillagokat, amelyeket sötét atomokból álló sötét bolygók vesznek körül. A sötét anyag ugyanolyan összetett lehet, mint a normál anyag.

A részlegesen kölcsönhatásba lépő sötét anyag bőséges takarmányt ad a spekulációhoz, és arra ösztönöz bennünket, hogy olyan lehetőségeket is mérlegeljünk, amelyeket egyébként nem gondolnánk. Az írók és a filmesek igen csábítónak találhatják mindezt a sötét szektorban megbúvó további erőket és következményeket. Még azt is sugallhatják, hogy létezik a miénkkel párhuzamosan létező sötét élet. Ebben az esetben ahelyett, hogy a szokásos animált lények harcolnának más animált lényekkel, vagy ritka esetekben dolgoznának velük, a sötét anyag lényei átvonulhatnak a képernyőn, és ellophatják az összes akciót.

De nem lenne olyan érdekes nézni. A probléma az, hogy a filmesek nehezen tudnák lefilmezni a számunkra láthatatlan sötét életet. Még ha léteznének is sötét lények, nem tudnánk róla. Nem tudhatod, milyen szép lehet egy sötét élet – és szinte biztosan nem is fogod.

Bár szórakoztató spekulálni a sötét élet lehetőségeiről, sokkal nehezebb kitalálni, hogyan lehet megfigyelni – vagy akár közvetetten észlelni a létezését. Meglehetősen nehéz olyan életet találni, amely ugyanolyan összetevőkből állna, mint mi, bár a Naprendszeren kívüli bolygók keresése folyamatban van. De a sötét élet bizonyítéka, ha létezik, még megfoghatatlanabb lesz, mint a távoli világok hétköznapi életének bizonyítéka.

A közelmúltban hatalmas fekete lyukakból kiinduló gravitációs hullámokat figyelhettünk meg. Gyakorlatilag semmi esélyünk arra, hogy észleljük egy sötét lény vagy egy sereg sötét lény gravitációját, függetlenül attól, hogy milyen közel vannak hozzánk.

Ideális esetben szeretnék valahogy kommunikálni ezzel az új szektorral. De ha ez az új élet nincs kitéve az általunk ismert erőknek, ez nem fog megtörténni. Bár osztozunk velük a gravitációban, egyetlen tárgy vagy életforma ilyen befolyása túl gyenge lenne ahhoz, hogy észleljük. Csak nagyon nagy tárgyak, például a Tejútrendszer síkjában lévő korongok képesek kiváltani a megfigyelt hatásokat.

Sötét tárgyak vagy sötét élet létezhetnek nagyon közel hozzánk – de ha a sötét anyag össztömege kicsi, akkor nem fogunk tudni róla. Még a jelenlegi technológiával, vagy bármilyen olyan technológiával, amelyet el tudunk képzelni, csak nagyon specifikus képességek tesztelhetők. Az „árnyékéletnek”, bármilyen izgalmas is, valószínűleg nem lesz kézzelfogható következménye, és csábító, de megfoghatatlan lehetőség lehet. De a sötét élet nagyon laza feltételezés. A tudományos-fantasztikus íróknak nem okoz gondot elkészíteni, de az Univerzumnak sokkal több akadálya van ennek. Nem világos, hogy a kémiai kölcsönhatás mely változatai képesek fenntartani az életet, és nem tudjuk, hogy milyen környezet szükséges azokhoz a változatokhoz, amelyek képesek erre.

Sötét élet azonban elvileg létezhet az orrunk alatt. De a világunk anyagával való erősebb interakció nélkül szórakozhat, harcolhat, lehet aktív vagy passzív – és soha nem fogunk tudni róla. Érdekes módon azonban, ha vannak interakciók a sötét világban, akár élettel kapcsolatosak, akár nem, ezek mérhető módon befolyásolhatják a szerkezetet. És akkor sokkal többet megtudhatunk a sötét világról.

Az Univerzumot alkotó anyagok nagy része biztonságosan el van rejtve a szemünk elől.

Amikor egy galaxis szerkezetét képzeljük el a fejünkben, valószínűleg csillagspirálokat látunk magunk előtt, amint az űr fekete űrében forognak. Egy nagyon erős távcsővel valóban láthattuk a spirálgalaxisok karjait alkotó egyes csillagokat, mivel elegendő mennyiségű fényt és egyéb hullámokat bocsátanak ki. A galaxisokon belüli sötét régiókat is „gondolhatjuk” – csillagközi por- és gázfelhőket, amelyek inkább elnyelik, mint kibocsátani a fényt.

A 20. század folyamán azonban az asztrofizikusok fokozatosan arra a következtetésre jutottak, hogy a galaxisok látható és ismerős képei az Univerzumban ténylegesen található anyagnak legfeljebb 10%-át tartalmazzák. Az Univerzum megközelítőleg 90%-a anyagból áll, amelynek formája rejtély marad számunkra, mivel nem tudjuk megfigyelni, és ezt az egész sötét anyagot együttesen ún. sötét anyag. (Néha hiányzó tömegről is beszélnek, de ez a kifejezés nem nevezhető sikeresnek, hiszen ilyen terminológiában talán helyesebb túlzásnak nevezni.) Először 1933-ban adott hangot ilyen titkos kinyilatkoztatásoknak Fritz Zwicky (1898-1974) svájci csillagász. Ő volt az, aki rámutatott arra, hogy a Coma Berenices csillagkép galaxishalmazát a jelek szerint sokkal erősebb gravitációs mező tartja össze, mint azt a galaxishalmaz látszólagos anyagtömege alapján feltételeznénk, ami azt jelenti, hogy a galaxishalmaz legtöbbje az Univerzum ezen régiójában található anyag láthatatlan marad számunkra.

Az 1970-es években Vera Rubin, a Carnegie Institution (Washington) kutatója tanulmányozta a galaxisok dinamikáját, amelyeket a középpontjuk körüli nagy forgási sebesség jellemez – elsősorban az anyag viselkedését a perifériájukon. Minden paraméter szerint a legkönnyebb csillagközi gázból, nevezetesen a hidrogénből, amelynek atomjainak elméletileg mikroszkopikus műholdak hálójába kellett volna burkolniuk a galaxist, jelentős tömegeket kellett volna a gyorsan forgó galaxisok perifériájára kilökni, a centrifuga elvét alkalmazva. . Tekintsük példaként a naprendszerünket. Töme a közepén (a Napon) összpontosul; Minél távolabb van egy bolygó a középponttól, annál hosszabb ideig forog körülötte. A Jupiternek például tizenegy földi évre van szüksége ahhoz, hogy teljes éves forradalmat hajtson végre a Nap körül, mivel a Naptól sokkal távolabbi pályán helyezkedik el, és egy éves ciklus alatt nemcsak nagyobb távolságot tesz meg, hanem mozog is. lassabban haladva ( cm. Kepler törvényei). Hasonlóképpen, ha egy spirálgalaxis minden anyaga a karjaiban összpontosulna, ahol látható csillagokat figyelünk meg, akkor a szétszórt hidrogén atomjai, Kepler harmadik törvényének engedelmeskedve, egyre lassabban mozognának, ahogy távolodnának a galaktikus középpontjától. tömeg. Rubinnak azonban kísérleti úton sikerült kiderítenie, hogy a galaxis középpontjától bármely távolságban a hidrogén állandó sebességgel mozog. Azt gondolhatnánk, hogy valami láthatatlan anyagból készült, hatalmas forgó gömbhöz van „ragasztva”.

Ma már tudjuk, hogy a sötét anyag nem csak a galaxisokban, hanem az egész Univerzumban, beleértve az intergalaktikus teret is, láthatatlanul jelen van. Amiről még mindig fogalmunk sincs, az ő természet. Némelyikük közönséges égitesteknek bizonyulhat, amelyek nem bocsátanak ki saját sugárzást, például olyan hatalmas bolygókról, mint a Jupiter. Létezésüket megerősítik a csillagok fényességének megfigyelése a közeli galaxisokban, ahol néha „merüléseket” észlelnek, ami a részleges fogyatkozásuknak tulajdonítható, amikor nagy bolygók haladnak el a sugarak útján hozzánk. A gyakorlatban olyan csillagközi fogyatkozó testek létezése is megerősítettnek tekinthető, amelyek nem rendelkeznek saját sugárzási energiával a megfigyelhető tartományban - ezeket „masszív kompakt haloobjektumoknak” nevezik.

A tudósok túlnyomó többsége azonban egyetért abban, hogy az Univerzum láthatatlan anyagának tömege korántsem korlátozódik a közönséges égitestek és az előlünk rejtett szétszórt anyagok tömegére, hanem hajlamos hozzáadni a még fel nem fedezett típusok teljes tömegét. elemi részecskék. Általában hívják gyenge kölcsönhatás masszív részecskéi (MWIP). Semmilyen módon nem nyilvánulnak meg fénnyel és más elektromágneses sugárzással való kölcsönhatásban. Mai keresésük egyfajta megújítása a látszólag rég elveszett „világító éter” keresésének ( cm. Michelson-Morley kísérlet). Az ötlet az, hogy ha Galaxisunkat valóban minden oldalról egy MChSV gömbhéj borítja, akkor a Földnek mozgása miatt állandóan a „rejtett részecskék szele” hatása alatt kell lennie, amely ugyanúgy áthatol rajta. mivel a legszélcsendesebb időben is felfújja az autót a szembejövő légáramlatok. Előbb vagy utóbb egy ilyen „sötét szél” egyik részecskéje kölcsönhatásba lép a Föld egyik atomjával, és gerjeszti azokat a rezgéseket, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az ultraérzékeny készülékben, amelyben nyugszik, regisztrálja magát. Az ilyen kísérleteket végző laboratóriumok már arról számolnak be, hogy megkapták az első utalásokat arra vonatkozóan, hogy valóban létezik egy hat hónapos félciklus-ingadozás az ilyen sorozatok rendellenes eseményeiről szóló jelek rögzítésének gyakoriságában, és pontosan ezt kell tenni. várható, hiszen fél évig a Föld körüli pályán mozog a rejtett részecskék szele felé, a következő hat hónapban pedig „utolérni” fúj a szél, és ritkábban repülnek a részecskék a Földre.

A MES egy példa arra, amit általában neveznek hideg sötét anyag, mert nehezek és lassúak. Feltételezik, hogy fontos szerepet játszottak a galaxisok kialakulásában a korai Univerzumban. Egyes tudósok úgy vélik, hogy legalább néhány sötét anyag gyors, gyengén kölcsönható részecskék, például neutrínók állapotában van. forró sötét anyag. A fő probléma itt az, hogy az atomok kialakulása előtt, vagyis az ősrobbanás utáni körülbelül 300 000 évben az Univerzum protoplazmatikus állapotban volt. Bármely számunkra ismert anyagmag szétesett, mielőtt ideje volna kialakulni, a legerősebb bombázási energiák hatására a forró, szupersűrű, átlátszatlan plazma túlhevített részecskéiből. Miután az Univerzum az anyagot elválasztó tér bizonyos fokú átlátszóságáig kitágult, végre elkezdtek képződni a könnyű atommagok. De sajnos ebben a pillanatban az Univerzum már annyira kitágul, hogy a gravitációs vonzás erői nem tudta ellensúlyozzák az ősrobbanás szétszóródó töredékeinek kinetikus energiáját, és elméletileg az összes anyag szétrepülne, megakadályozva az általunk megfigyelt stabil galaxisok kialakulását. Ez az ún galaktikus paradoxon, aki magát az Ősrobbanás elméletét kérdőjelezte meg.

Ha azonban a volumetrikus ősrobbanás teljes terében a közönséges anyag keveredne a sötét anyag rejtett részecskéivel, akkor a robbanás után a sötét anyag explicit anyaggal keveredve visszatartó elemként szolgálhatna. A rengeteg rejtett nehéz részecske jelenléte miatt ez volt az első, amely a gravitációs vonzási erők hatására összehúzódott a jövőbeli galaktikus magokba, amelyek stabilnak bizonyultak az MFSW és az MFSW közötti kölcsönhatás hiánya miatt. a robbanás erőteljes centripetális energiasugárzása. Így, mire az atommagok kialakultak, a sötét anyag már galaxisokká és galaxishalmazokká formálódott, és a gravitációs tér hatására a közönséges anyag felszabadult elemei kezdtek gyülekezni rajtuk. Ebben a modellben a közönséges anyagot a sötét anyag csomói felé vonták, mint a száraz levelek, amelyek örvényekké húzódnak egy gyors folyó sötét felszínén. Van min gondolkodni, nem? Nemcsak mi, hanem az egész galaxisunk és az egész látható anyagi világ is csak habnak bizonyulhat egy furcsa univerzális bújócskázás felszínén.

Vera Cooper Rubin, szül. 1928

amerikai csillagász. Philadelphiában született. Tanulmányait és doktori fokozatát a Georgetown Egyetemen (Washington állam, USA) szerezte. 1954 óta a washingtoni Carnegie Intézetben dolgozik, ahol a galaxisok, elsősorban a spirális galaxisok szerkezetét, és különösen karjaik szerkezetét és mozgását tanulmányozza. Ő fedezte fel, hogy a kiterjedt gázfelhők forgási sebessége a spirálgalaxisok karjaiban nem csökken a középponttól való távolsággal, hanem éppen ellenkezőleg, növekszik, és ez adja az első meggyőző megerősítést a sötét anyag létezésére. az egyes galaxisokban.

A fizika elméleti konstrukciója, az úgynevezett Standard Modell a tudomány által ismert összes elemi részecske kölcsönhatását írja le. De ez csak 5%-a az Univerzumban létező anyagnak, a maradék 95%-a teljesen ismeretlen természetű. Mi ez a feltételezett sötét anyag, és hogyan próbálják a tudósok kimutatni? Erről Hayk Hakobyan, a MIPT hallgatója, a Fizikai és Asztrofizikai Tanszék munkatársa beszél egy speciális projekt keretében.

Az elemi részecskék standard modellje, amelyet a Higgs-bozon felfedezése után végre megerősítettek, leírja az általunk ismert közönséges részecskék alapvető kölcsönhatásait (elektromos gyenge és erős): leptonok, kvarkok és erőhordozók (bozonok és gluonok). Kiderült azonban, hogy ez az egész hatalmas komplex elmélet az összes anyagnak csak körülbelül 5-6%-át írja le, míg a többi nem fér bele ebbe a modellbe. Univerzumunk legkorábbi pillanatainak megfigyelései azt mutatják, hogy a minket körülvevő anyagok körülbelül 95%-a teljesen ismeretlen természetű. Más szóval, gravitációs hatása miatt közvetve látjuk ennek a rejtett anyagnak a jelenlétét, de közvetlenül még nem tudtuk megragadni. Ennek a rejtett tömegjelenségnek a kódneve „sötét anyag”.

A modern tudomány, különösen a kozmológia Sherlock Holmes deduktív módszere szerint működik

Most a WISP csoport fő jelöltje az axion, amely az erős kölcsönhatás elméletében merül fel, és nagyon kicsi a tömege. Egy ilyen részecske képes foton-foton párrá alakulni erős mágneses térben, ami utalást ad arra, hogyan próbáljuk meg kimutatni. Az ADMX kísérlet nagy kamrákat használ, amelyek 80 000 gauss mágneses teret hoznak létre (ez a Föld mágneses mezőjének 100 000-szerese). Elméletileg egy ilyen mezőnek stimulálnia kell egy axion bomlását foton-foton párrá, amelyet a detektoroknak meg kell fogniuk. A számos próbálkozás ellenére még nem sikerült kimutatni a WIMP-ket, axionokat vagy steril neutrínókat.

Így rengeteg különféle hipotézisen jártunk keresztül, amelyek a rejtett tömeg furcsa jelenlétét próbálták megmagyarázni, és a megfigyelések segítségével minden lehetetlenséget elvetve több lehetséges hipotézishez jutottunk, amelyekkel már dolgozhatunk.

A tudományban negatív eredmény is eredmény, hiszen a részecskék különféle paramétereire korlátozza, például kiiktatja a lehetséges tömegtartományt. Évről évre egyre több új megfigyelés és gyorsítókísérlet új, szigorúbb korlátozásokat ad a sötét anyag részecskéinek tömegére és egyéb paramétereire vonatkozóan. Így az összes lehetetlen lehetőség kidobásával és a keresési kör szűkítésével napról napra közelebb kerülünk ahhoz, hogy megértsük, miből áll Univerzumunk anyagának 95%-a.