Nähtamatu aine tungib universumisse, muutes tähtede ja galaktikate teid.
See niinimetatud tumeaine tõmbab gravitatsiooni, kuid ei interakteeru kunagi valgusega. Keegi ei tea, millest see on tehtud ja seda on seni olnud võimatu tuvastada. Kuid uus teooria võiks lõpuks anda võimaluse tumeda aine kontrollimiseks.
Tumeda aine võib moodustada veidratest poolmagnetitest, ütlesid Davise California ülikooli teoreetilised füüsikud 6. juunil Hispaanias Granadas toimunud Planck 2019 konverentsil peetud ettekandes. Ja lülitades sisse tõeliselt võimsa (seni olematu) elektronmikroskoobi, suudame neid lõpuks avastada.
Kuid mitte kõik füüsikud pole selles veendunud.
"Arvan, et see on kena, kuid mitte kuigi paljulubav," ütles Frankfurdi kõrgtehnoloogilise instituudi teadur Sabine Hossenfelder, kes uuringus ei osalenud. "Leida on lõpmata palju osakesi, mis võivad moodustada tumeda aine." See on lihtsalt üks neist, lisas ta.
"Kõigi nende osakeste jaoks saate teha palju arvutusi, avaldada pabereid ja mõelda välja katseid, mille jaoks võite proovida raha saada," ütles ta. "Kui teil tõesti veab, teeb keegi teie eksperimendi - mis siis ei leia midagi."
Pimeduse otsimine
Kuigi teooriad ennustavad tumeda aine olemasolu, pole meil õrna aimugi, milline see välja näeb või millest see koosneb. Mõnda aega oli "ilus lugu", mille kohaselt tumeda aine moodustas nõrgalt häbelik metsaline osakestest, mida tuntakse nõrgalt interakteeruva massiivosakese või WIMP-na, ütles uue uuringu kaasautor John Terning Davise California ülikooli füüsikaprofessor.
Aastaid otsisid teadlased neid aeglaseid, laenguta osakesi, kasutades võimsaid osakeste kiirendeid. Kuid aja möödudes välistasid füüsikud üha enam WIMP-kandidaate - ja populaarne idee kaotas veojõu. Ehkki see pole täielikult välistatud, "on inimesed viimase 10 aasta jooksul mõelnud muudele võimalustele peale WIMP-ide", ütles Terning.
Teine teooria pakub, et tume aine koosneb tegelikult valguse osakestest või footonitest.
"Lisaks tavalistele footonitele, mida me näeme, võivad olemas olla ka footonid, mida me ei näe," sõnas Terning. Need niinimetatud "tumedad footonid" on hüpoteetilised osakesed, millel on mass, kuid mis on elektronidest kergemad. Tumedad footonid interakteeruvad - ehkki üsna nõrgalt - tavaliste footonitega.
Selles uues uuringus tuginesid Terning ja tema järeldoktor Christopher Verhaaren sellele teooriale, tehes ettepaneku, et tumeaine võiks koosneda ka tumedatest poolmagnetitest. Need hüpoteetilised poolmagnetid oleksid kaua otsitud monopolide või magnetide tumedad versioonid millel on ainult üks poolus, pakkus füüsik Paul Dirac esmakordselt välja 1930ndatel. (Vaatamata aastakümnetepikkusele jahipidamisele pole keegi neist veel looduses tõendeid leidnud.)
Dirac ei pakkunud siiski ainult monopole; Samuti tegi ta ettepaneku, et monopooli ümber liikuvat elektroni mõjutaks selle magnetväli. Niisiis, kui Terningi ja Verhaareni teooria on õige ja nende poolmagnetite tumedad versioonid varitsevad kuskil universumis - ja kui need tumedad poolmagnetid toimiksid nagu Diraci monopol, jätaksid nad ka elektronide radadele peent vihjeid.
Tumete monopolide olemasolu korral eraldavad nad tumedaid footoneid, mis võivad enne elektronide neeldumist muutuda regulaarseteks footoniteks, ütles Terning. See interaktsioon põhjustaks elektronide pöörlemise või kursi muutmise vaid pisikeseks, tekitades häiringumustri, mida nimetatakse Aharonovi-Bohmi efektiks. (Elektronid ei ole ainult osakesed, nad on ka lained ja interferentsi muster on see, mis ilmneb siis, kui elektronide "lainevõrrandis" olevad piigid ja orud kas liidavad või tühistavad üksteise, luues paralleelse valguse ja tumedad jooned.) Terning ja Verhaaren väidavad, et nad võiksid elektronmikroskoopide abil tuvastada seda väga väikest muutust elektronide häirete mustrites.
Päikesest vaimustatud
Kui tume aine on olemas, on see meis ja kõik meie ümber - sealhulgas igas elektronkiire mikroskoobis ja selle ümbruses, mida me selle tuvastamiseks kasutaksime. Kuid selleks, et tuvastada tumedat ainet selle elektronide häiringute kaudu, peaksid tumeda aine moodustavatel kummalistel poolmagnetitel olema piisavalt tugev magnetväli. See tähendab, et nendel poolmagnetitel peaks olema palju energiat.
Päikese lähedal mööduvad monopolid võivad erutuda, saada rohkem energiat ja minna siis Maa poole, ütles Terning. Ta ennustab, et umbes viis neist erutunud monopolidest päevas läbiksid midagi kavandatud elektronkiire mikroskoobi suurust. "See pole halb, sest tavalised WIMP-detektorid oleksid õnnelikud, kui nad korraldaksid viis üritust aastas," ütles ta.
Lisaks oleks tumedate poolmagnetite põhjustatud elektronfaasi muutus nii väike, et selle tuvastamiseks oleks vaja uskumatult kõrge eraldusvõimega elektronkiiremikroskoope - praegu olemasolevad pole ilmselt piisavalt võimsad . Sellel elektronmikroskoobil peaks olema eraldusvõime, mis on viis korda suurem kui praegu olemas, ütles Terning.
Igal juhul loodame "saada need inimesed ülimenukate elektronmikroskoopide abil seda otsida" või peaksime me ehitama veel ühe, et lihtsalt istuda ja oodata pimedust. "Terning ütles.
Erinevad konkureerivad tumeaine teooriad räägiksid meile täiesti erinevaid lugusid sellest, kuidas varajane universum kujunes, ütles ta. Veelgi enam, kui olete välja mõelnud, millest tumeaine tegelikult koosneb - olgu see siis kerged või rasked osakesed -, võiksid inimesed siin Maa peal mõeldavalt luua tumeaine vabrikuid. "Kui see on väga kerge, ei vaja te oma tumeda aine tekitamiseks palju energiat."
Teadlased avaldasid oma uuringu eeltrükiajakirjas arXiv. Seda ei ole veel eelretsenseeritud.
