Mēs zinām, ka pastāv tumšā matērija. Mēs to zinām, jo bez tā un tumšās enerģijas mūsu Visumam pietrūktu 95,4% no tā masas. Turklāt zinātniekiem būtu grūti izskaidrot, kas izskaidro gravitācijas efektus, ko viņi regulāri redz kosmosā.
Gadu desmitiem zinātnieki ir mēģinājuši pierādīt tā esamību, sagraujot protonus kopā Lielajā hadronu paātrinātājā. Diemžēl šie centieni nav snieguši nekādus konkrētus pierādījumus.
Tāpēc varētu būt pienācis laiks pārdomāt tumšo vielu. Un fiziķiem Deividam M. Džeikobsam, Glenam D. Stārkmenam un Braienam Linam no Case Western Reserve University ir teorija, kas to dara, pat ja tā izklausās mazliet dīvaini.
Savā jaunajā pētījumā viņi apgalvo, ka tumšās vielas vietā, kas sastāv no elementārdaļiņām, kas ir neredzamas un neizstaro un neuzsūc gaismu un elektromagnētisko starojumu, tā izpaužas kā matērijas gabali, kuru masa un izmēri ir ļoti atšķirīgi.
Pašreizējā situācijā ir daudz vadošo kandidātu tam, kas varētu būt tumšā matērija, sākot no vāji mijiedarbojošām masīvām daļiņām (aka WIMP) līdz aksioniem. Šie kandidāti ir pievilcīgi, jo īpaši WIMP, jo šādu daļiņu esamība var palīdzēt apstiprināt supersimetrijas teoriju, kas savukārt varētu palīdzēt izveidot visu teoriju (ToE).
Saskaņā ar supersimetriju tumšās vielas daļiņas, kas pazīstamas kā neitralīnas (aka WIMP), iznīcina viena otru, radot daļiņu un starojuma kaskādi. Kredīts: Sky & Telescope / Gregg Dinderman.
Taču līdz šim nav iegūti pierādījumi, kas galīgi apstiprinātu ne viena, ne otra esamību. Šķiet, ka šī neredzamā masa ir ne tikai nepieciešama, lai vispārējā relativitāte darbotos, bet arī saturs paliek neredzams, lai to varētu atklāt.
Pēc Džeikobsa, Stārkmena un Linas domām, tas varētu norādīt, ka tumšā matērija pastāv normālās matērijas jomā. Jo īpaši viņi apsver iespēju, ka tumšā matērija sastāv no makroskopiskiem objektiem, kurus viņi sauc par 'makro', kurus var raksturot attiecīgi gramu un kvadrātcentimetru vienībās.
Makro ir ne tikai ievērojami lielāki par WIMPS un aksijām, bet, iespējams, tos var montēt no daļiņām daļiņu fizikas standarta modelī, piemēram, kvarkiem un leptoniem no agrīnā Visuma, nevis prasīt jaunu fiziku, lai izskaidrotu to esamību. WIMPS un axions joprojām ir iespējami tumšās matērijas kandidāti, taču Džeikobs un Stārkmens apgalvo, ka ir iemesls meklēt citur.
'Iespēja, ka tumšā viela varētu būt makroskopiska un pat izcelties no standarta modeļa, ir sena, bet aizraujoša iespēja,' pa e-pastu pastāstīja Starkmans Universe Today. 'Tā ir visekonomiskākā iespēja, un, ņemot vērā to, ka līdz šim nav izdevies atrast tumšās vielas kandidātus mūsu tumšās vielas detektoros vai izveidot tos mūsu paātrinātājos, šī iespēja ir pelnījusi mūsu jaunu uzmanību.'
Likvidējot lielāko daļu parasto vielu, tostarp neveiksmīgos Jupiterus, baltos pundurus, neitronu zvaigznes, zvaigžņu melnos caurumus, melnos caurumus galaktiku centros un neitrīnus ar lielu masu, kā iespējamos kandidātus fiziķi pievērsa uzmanību eksotikai.
Notiekošie eksperimenti Lielajā hadronu paātrinātājā līdz šim nav spējuši iegūt pierādījumus par WIMP. Kredīts: CERN/LHC/GridPP
Neskatoties uz to, uz galda tika atstāta matērija, kas atradās kaut kur pa vidu starp parasto un eksotisko – neitronu zvaigžņu radiniekiem vai lieliem kodoliem, sacīja Stārkmens. 'Mēs sakām par radiniekiem, jo viņiem, iespējams, ir ievērojams dīvainu kvarku piejaukums, kas tiek izgatavoti paātrinātājos un parasti tiem ir ārkārtīgi īss mūžs,' viņš teica.
Lai gan dīvaini kvarki ir ļoti nestabili, Stārkmens norāda, ka arī neitroni ir ļoti nestabili. Bet hēlijā, kas saistīts ar stabiliem protoniem, neitroni paliek stabili.
'Tas paver iespēju, ka agrīnā Visumā tika izveidota stabila dīvaina kodolviela, un tumšā matērija ir nekas vairāk kā dīvainas kodolmateriāla gabali vai citi saistītie kvarku stāvokļi vai barioni, kas paši ir izgatavoti no kvarkiem,' sacīja Stārkmens.
Šāda tumšā viela atbilstu standarta modelim.
Tas, iespējams, ir vispievilcīgākais makro teorijas aspekts: priekšstatu, ka tumšā matērija, no kuras ir atkarīgs mūsu kosmoloģiskais Visuma modelis, var pierādīt bez papildu daļiņām.
Tomēr ideja, ka Visums ir piepildīts ar kuplu, neredzamu masu, nevis neskaitāmām neredzamām daļiņām, padara Visumu mazliet dīvaināku, vai ne?
Papildu lasīšana: Case Western