Kas me oleksime juba avastanud tumeda aine?
See on küsimus, mis esitati uues ajakirjas Physics G. 12. veebruaril avaldatud artiklis. Autorid visandavad, kuidas tumedat ainet võidakse teha osakestest, mida tuntakse d * (2380) heksakvärina ja mis avastati tõenäoliselt 2014. aastal.
Tume aine, mis tõmbab gravitatsiooni, kuid ei kiirga valgust, pole midagi, mida keegi oleks kunagi puutunud või näinud. Me ei tea, millest see tehtud on ja lugematuid kraamiotsinguid on tulnud tühjaks. Kuid valdav enamus füüsikuid on veendunud, et see on olemas. Tõendusmaterjal on krohvitud kogu universumis: tähtede kobarad, mis keerlevad palju kiiremini, kui nad muidu peaksid, salapärased valguse moonutused üle öise taeva ja isegi augud, mille meie galaktikas nähtamatu löökkatsekeha läbi torkavad, osutavad sellele, et midagi on seal - moodustades suurema osa universumi massist - mida me veel ei mõista.
Kõige laiemalt uuritud tumeaine teooriad hõlmavad terveid klasse mitte kunagi varem nähtud osakesi, mis asuvad kaugelt väljaspool füüsika standardmudelit, domineeriv teooria, mis kirjeldab alaatomilisi osakesi. Enamik neist sobib ühte kahest kategooriast: kerged aksioonid ja raskekaalulised WIMP-id ehk nõrga vastasmõjuga massiivsed osakesed. On ka teisi eksootilisemaid teooriaid, mis hõlmavad veel avastamata neutrinoosiliike või mikroskoopiliste mustade aukude teoreetilist klassi. Kuid harva soovitab keegi, et tumeaine oleks valmistatud millestki, millest me juba teame, et see on olemas.
Inglismaa Yorki ülikooli füüsikud Mihhail Bashkanov ja Daniel Watts purustasid selle vormi, väites, et d * (2380) heksakvaar ehk "d-täht" võib selgitada kogu puuduvat ainet.
Kvargid on tavamudelis olulised füüsikalised osakesed. Kolm neist omavahel seotud (kasutades osakesi, mida nimetatakse glüloonideks) võivad moodustada prootonite või neutronite, aatomite ehitusplokid. Korraldage need muul viisil ja saate erinevaid eksootilisemaid osakesi. D-täht on positiivselt laetud kuue kvargiosake, mida teadlaste arvates eksisteeris sekundi jooksul ühe sekundi jooksul Eestis Jülichi uurimiskeskuses tehtud katse ajal. Kuna see oli nii põgus, pole selle tähe tuvastamist absoluutselt kinnitatud.
Üksikud d-tähed ei suutnud tumedat ainet seletada, kuna need ei kesta piisavalt kaua enne lagunemist. Kuid Bashkanov rääkis Live Science'ile, et universumi ajaloo alguses võisid osakesed kokku koguneda viisil, mis oleks hoidnud neid lagunemast.
See stsenaarium toimub neutronite korral. Võtke neutron tuumast välja ja see laguneb väga kiiresti, kuid segage see teiste tuuma sees olevate neutronite ja prootonitega ning see muutub stabiilseks, ütles Bashkanov.
"Hexaquarks käituvad täpselt samamoodi," sõnas Bashkanov.
Bashkanov ja Watts arvasid, et d-tähtede rühmad võivad moodustada Bose-Einsteini kondensaatide ehk BEC-dena tuntud aineid. Kvantkatsetes moodustuvad BEC-d, kui temperatuurid langevad nii madalale, et aatomid hakkavad kattuma ja sulanduma, sarnaselt aatomite sees olevatele prootonitele ja neutronitele. See on mateeria, mis erineb tahkest ainest.
Universumi ajaloo alguses oleks need BEC-d vabad elektronid hõivanud, moodustades neutraalselt laetud materjali. Neutraalselt laetud d-tähe BEC, nagu füüsikud kirjutasid, käituks palju nagu tume mateeria: nähtamatu, libisedes läbi helendava aine, ilma et see seda märgatavalt ümber segaks, avaldades samas ümbritsevale universumile olulist gravitatsioonilist tõmmet.
Põhjus, miks te toolil istudes läbi tooli ei kuku, on see, et tooli elektronid suruvad vastu teie tagakülje elektrone, luues tõkke negatiivsetele elektrilaengutele, mis keelduvad radu ületamast. Bashkanovi sõnul ei oleks lõksus olevate elektronidega heksakvaaridest valmistatud BEC-del selliseid tõkkeid, mis libistaksid läbi muud tüüpi ained nagu täiesti neutraalsed kummitused.
Need BEC-d võisid moodustuda varsti pärast Suurt Pauku, kui kosmos siirdus meie moodsale ajajärgule kuuma kvarglüloonplasma merest, millel polnud erilisi aatomiosakesi, osakestega nagu prootonid, neutronid ja nende nõod. Selliste põhiliste aatomiosakeste moodustumise ajal olid tingimused heksakvärvi BEC-de jaoks ideaalsed, et sadestuda kvark-gluoni plasmast.
"Enne seda üleminekut on temperatuur liiga kõrge; pärast seda on tihedus liiga madal," ütles Bashkanov.
Selle üleminekuperioodi vältel oleks kvargid võinud külmuda kas tavalisteks osakesteks, näiteks prootoniteks ja neutroniteks, või heksakvaari BEC-deks, mis võivad tänapäeval moodustada tumeda aine, ütles Bashkanov. Kui need heksakvaaride BEC-d on väljas, kirjutasid teadlased, võiksime neid tuvastada. Ehkki BEC-id on üsna pikaealised, lagunevad nad aeg-ajalt Maa ümber. Ja see lagunemine ilmub kosmiliste kiirte tuvastamiseks kavandatud detektorites kindla signatuurina ja näib, nagu oleks see tulemas igast suunast korraga, justkui allikas täidaks kogu ruumi.
Järgmine samm, kirjutasid nad, on selle allkirja otsimine.
