Voisimmeko jo löytää tumman aineen?
Se on kysymys, joka esitettiin uudessa lehdessä, joka julkaistiin 12. helmikuuta Journal of Physics G: ssä. Kirjailijat hahmottelivat, kuinka tumma aine voisi olla valmistettu hiukkasesta, joka tunnetaan nimellä d * (2380) heksaarkki, joka havaittiin todennäköisesti vuonna 2014.
Tumma aine, joka vetää painovoimaa, mutta ei säteile valoa, ei ole jotain, mitä ketään olisi koskaan koskettu tai nähnyt. Emme tiedä mistä se on tehty, ja lukemattomia tavaroiden hakuja on tullut tyhjiä. Mutta valtava enemmistö fyysikoista on vakuuttunut siitä, että se on olemassa. Todisteita on rapattu kaikkialla maailmankaikkeudessa: Tähtiklusterit, jotka pyörivät paljon nopeammin kuin niiden pitäisi muuten, salaperäiset valon vääristymät yötaivaan läpi ja jopa reikät, joita galaksissamme näkee näkymätön iskulaite, osoittavat, että jotain on siellä - muodostaen suurimman osan maailmankaikkeuden massasta - jota emme vielä ymmärrä.
Laajimmin tutkitut tumman aineen teoriat koskevat kokonaisia luokkia koskaan ennen nähmättömiä hiukkasia, jotka ovat kaukana fysiikan standardimallin ulkopuolelta. Hallitseva teoria kuvaa subatomisia hiukkasia. Suurin osa näistä mahtuu kahteen luokkaan: kevyet akselit ja raskas WIMP: t tai heikosti vuorovaikutuksessa olevat massiiviset hiukkaset. On olemassa muitakin eksoottisempia teorioita, jotka koskevat vielä löytämättömiä neutriinolajeja tai mikroskooppisten mustien reikien teoreettista luokkaa. Mutta harvoin kukaan ehdottaa, että tumma aine tehdään jostakin, jonka jo tiedämme olevan olemassa.
Englannin Yorkin yliopiston fyysikot Mihail Bashkanov ja Daniel Watts mursivat muotin väittäen, että d * (2380) -heksaarkki tai "d-tähti" voisi selittää kaiken puuttuvan aineen.
Kvarkit ovat perusmallissa fyysisiä hiukkasia. Kolme niistä sitoutuneena (käyttämällä gluoneina kutsuttuja hiukkasia) voi tehdä protonin tai neutronin, atomien rakennuspalikoita. Järjestä ne muilla tavoilla ja saat erilaisia, eksoottisempia hiukkasia. D-tähti on positiivisesti varautunut kuuden kvarkin hiukkanen, jonka tutkijoiden mielestä oli olemassa sekunnin suikaleella vuoden 2014 kokeilun aikana Saksan Jülichin tutkimuskeskuksessa. Koska se oli niin ohimenevä, sitä d-tähden havaitsemista ei ole täysin vahvistettu.
Yksittäiset d-tähdet eivät kyenneet selittämään tummaa ainetta, koska ne eivät kestä riittävän kauan ennen kuin heikentyvät. Bashkanov kertoi kuitenkin Live Sciencelle, maailmankaikkeuden varhaisessa vaiheessa, hiukkaset olisivat saattaneet rypistyä yhteen siten, että ne olisivat estäneet hajoamasta.
Tuo skenaario tapahtuu neutronien kanssa. Ota neutroni ytimestä, ja se hajoaa nopeasti, mutta sekoita se muiden ytimen sisällä olevien neutronien ja protonien kanssa, ja se tulee vakaaksi, Bashkanov sanoi.
"Hexaquarks käyttäytyy täsmälleen samalla tavalla", Bashkanov sanoi.
Bashkanov ja Watts teorioivat, että d-tähtiryhmät voisivat muodostaa aineita, jotka tunnetaan nimellä Bose-Einstein-kondensaatit tai BEC. Kvantikokeissa BEC: t muodostuvat, kun lämpötilat putoavat niin matalaan, että atomit alkavat limittyä ja sekoittuvat toisiinsa, vähän kuin atomien sisällä olevat protonit ja neutronit. Se on kiinteästä aineesta erillinen ainetila.
Universumin historian varhaisessa vaiheessa nuo BEC: t olisivat vangineet vapaat elektronit muodostaen neutraalisti varautuneen materiaalin. Fyysikot kirjoittivat neutraalisti ladatun d-tähden BEC: n käyttäytyvän paljon kuin pimeä aine: näkymätön, liukumassa läpi valoaineen räpistämättä sitä huomattavasti ympäriinsä, mutta samalla aiheuttaen merkittävän painovoiman vedon ympäröivään maailmankaikkeuteen.
Syy siihen, että et pudota tuolin läpi istuessasi siinä, on, että tuolin elektronit työntyvät takaosaasi kuuluvia elektroneja vastaan, muodostaen negatiivisten sähkövarausten esteen, jotka kieltäytyvät ylittämästä polkuja. Oikeissa olosuhteissa, Bashkanov totesi, että loukkuun jääneillä elektronilla varustetuissa heksaquarkeista valmistetuissa BEC: issä ei olisi sellaisia esteitä, jotka liukuivat muun tyyppisten aineiden, kuten täysin neutraalien aaveiden, läpi.
Nämä BEC: t ovat saattaneet muodostua pian ison iskun jälkeen, kun avaruus siirtyi kuuman kvarkin gluoniplasman merestä, jolla ei ole erillisiä atomipartikkeleita, nykyaikaisuuteen, jossa hiukkaset, kuten protonit, neutronit ja niiden serkut. Sillä hetkellä kun nämä emäksiset atomipartikkelit muodostuivat, olosuhteet olivat täydelliset, jotta heksaarkki-BEC: t saostuisivat kvarki-gluoniplasmasta.
"Ennen tätä siirtymistä lämpötila on liian korkea; sen jälkeen tiheys on liian matala", Bashkanov sanoi.
Tämän siirtymäkauden aikana kvarkit olisivat voineet jäätyä joko tavallisiin hiukkasiin, kuten protoneihin ja neutroneihin, tai heksakvaarin BEC: iin, jotka voivat nykyään muodostaa tumman aineen, Bashkanov sanoi. Tutkijat kirjoittivat, että jos nämä heksaquarks-BEC: t ovat ulkona, voimme havaita ne. Vaikka BEC-arvot ovat melko pitkäikäisiä, ne hajoavat toisinaan Maan ympäri. Ja tämä rappeutuminen näkyisi erityisenä allekirjoituksena ilmaisimissa, jotka on suunniteltu havaitsemaan kosmiset säteet, ja näyttäisi siltä, että se olisi peräisin jokaisesta suunnasta kerralla ikään kuin lähde täyttäisi kaiken tilan.
Seuraava askel, he kirjoittivat, on etsiä allekirjoitus.
