ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Nova teorija nevidljive tamne tvari mogla bi objasniti nestalu materiju Svemira

Skupina američkih čestičnih fizičara poznatih pod nazivom Lattice Strong Dynamics Collaboration, a pod vodstvom tima iz Državnog laboratorija Lawrence Livermore, spojila je tehnike teoretske i računske fizike te je pomoću superračunala koje ima brzinu od dva petaflopa došla do nove teorije koja bi mogla objasniti zašto još dosad nismo uspjeli izravno opaziti tamnu tvar u pokusima koji su obavljani na Zemlji.

Ta teorija tamnu tvar danas opisuje kao prirodno nevidljivu, odnosno teško primjetljivu, ali pokazuje nam i kako bi je bilo mnogo lakše uočiti u uvjetima kakvi su prevladavali u ranom Svemiru - u interakciji s običnom tvari koja se nalazi u plazmi visoke temperature.

„Interakcije koje su se događale u ranom Svemiru važne su zbog toga što je sadašnja količina obične i tamne tvari slična, a slična je zbog postizanja ravnoteže između te dvije tvari koje se dogodilo prije nego što se Svemir ohladio“, kaže Pavlos Vranas, jedan od znanstvenika koji rade na istraživanju.

Tamna tvar sačinjava 83 posto sve tvari u Svemiru te nije u izravnoj interakciji s elektromagnetskim ili jakim i slabim nuklearnim silama. Svjetlost se od nje ne odbija, a obična tvar prolazi kroz nju uz vrlo slabu interakciju. U osnovi nevidljiva, dobila je naziv tamna tvar, ali ipak njene interakcije s gravitacijom proizvode zapanjujuće efekte na kretanje galaksija i galaktičkih jata te stoga nema mnogo sumnje u njeno postojanje.

Objašnjenje za podvojenu ličnost nevidljive tamne tvari leži u njenom sastavu i misteriju zadržavanja. Poput kvarkova u neutronu, na visokim temperaturama ove električki nabijene sastavnice međusobno djeluju gotovo sa svime. Međutim, na nižim temperaturama vežu se te zajedno čine električki neutralnu složenu česticu. Za razliku od neutrona, koji je vezan običnom jakom nuklearnom interakcijom, odnosno kvantnom kromodinamikom, nevidljivi neutron bi trebao biti vezan novom i zasad neopaženom jakom interakcijom, tj. tamnim oblikom kvantne kromodinamike.

„Nevjerojatno je da bi kandidat za tamnu tvar koji je samo nekoliko stotina puta teži od protona mogao biti sastavljen od električki nabijenih čestica, a da ga još uvijek nismo uspjeli uočiti“, kaže Vranas.

Slično kao i protoni, skrivena tamna tvar je stabilna te ne propada tijekom kozmičkih vremena. Ipak, kao i kvantna kromodinamika, ona proizvodi veliki broj drugih nuklearnih čestica koje propadaju vrlo brzo nakon svoga stvaranja. Te čestice mogu imati ukupan električni naboj, ali bi propale prije mnogo vremena. U sudaraču čestica s dovoljnom količinom energije (kao što je Veliki hadronski sudarač u Švicarskoj), ove čestice mogu ponovno biti proizvedene prvi put od vremena ranog Svemira. One bi mogle proizvesti jedinstvene potpise u detektorima čestica zbog toga što bi mogle biti električki nabijene.

„Podzemni ekperimenti izravne detekcije ili eksperimenti u Velikom hadronskom sudaraču mogli bi uskoro pronaći dokaze koji bi potvrdili (ili osporili) ovu novu teoriju skrivene tamne tvari“, kaže Vranas.

Izvori: Lawrence Livermore National Laboratory, Lattice Strong Dynamics Collaboration, Phys.org

Podijeli.