Coś we wszechświecie tworzy większą masę, niż możemy bezpośrednio wykryć. Wiemy, że jest tam z powodu grawitacyjnego wpływu na materię, który możemy wykryć; ale nie wiemy, co to jest i skąd się wzięło.
Nazywamy tę niewidzialną masę „ciemną materią”, a fizycy właśnie zidentyfikowali cząstkę, która może to być.
Kandydatem jest niedawno odkryta cząstka subatomowa zwana d hexaquark. A w pierwotnej ciemności, która nastąpiła po Wielkim Wybuchu, mogli się połączyć, aby stworzyć ciemną materię.
Od prawie wieku ciemna materia intryguje astronomów. Po raz pierwszy jego wpływ dostrzeżono w ruchach gwiazd, co wskazywało, że wokół nich jest więcej masy, niż mogliśmy zobaczyć.
Teraz możemy zobaczyć wpływ ciemnej materii w innych dynamikach – na przykład przy soczewkowaniu grawitacyjnym, kiedy światło zakrzywia się wokół masywnych obiektów, takich jak gromady galaktyk. Oraz rotację dysków galaktycznych, która jest zbyt szybka, by można ją było wyjaśnić pozorną masą.
Do tej pory okazało się, że ciemnej materii nie można wykryć bezpośrednio, ponieważ nie pochłania, nie emituje ani nie odbija żadnego promieniowania elektromagnetycznego. Ale jego efekt grawitacyjny jest silny – tak silny, że nawet 85 procent materii w naszym wszechświecie może być ciemną materią.
Jednak naukowcy chcieliby zrozumieć sekret ciemnej materii. Dzieje się tak nie tylko dlatego, że są bardzo ciekawi – ustalenie, czym jest ciemna materia, może nam wiele powiedzieć o tym, jak powstał nasz wszechświat i jak działa.
Jeśli ciemna materia tak naprawdę nie istnieje, oznaczałoby to, że coś jest nie tak ze standardowym modelem fizyki cząstek elementarnych, którego używamy do opisu i zrozumienia wszechświata.
Przez lata wysuwano kilku kandydatów na ciemną materię, ale wydaje się, że zbliżamy się do znalezienia odpowiedzi. Hexaquark d – bardziej formalnie, d (2380) – wkracza na scenę.
„Pochodzenie ciemnej materii we wszechświecie jest jednym z największych pytań naukowych i nadal nie ma odpowiedzi” – wyjaśnił fizyk jądrowy Daniel Watts z Uniwersytetu York w Wielkiej Brytanii.
„Nasze pierwsze obliczenia pokazują, że kondensaty d są nowym możliwym kandydatem na ciemną materię. Ten nowy wynik jest szczególnie interesujący, ponieważ nie wymaga pojęć nowych w fizyce ”.
Kwarki to fundamentalne cząstki, które zwykle łączą się w grupy po trzy, tworząc protony i neutrony. Zbiorczo te trzykwarkowe cząstki nazywane są barionami i składa się z nich większość obserwowanej materii we wszechświecie. Jesteś barionowy. Jak słońce. Obie planety i gwiezdny pył.
Kiedy sześć kwarków łączy się, tworzy rodzaj cząstki zwany dibaryonem lub heksakwarkiem. W rzeczywistości nie widzieliśmy ich wcale. Opisany w 2014 roku Hexaquark d był pierwszym nietrywialnym odkryciem.
Heksakwarki d są interesujące, ponieważ są bozonami, rodzajem cząstek zgodnych ze statystyką Bosego-Einsteina, podstawą opisu zachowania cząstek. W tym przypadku oznacza to, że zbiór hexaquarks d może utworzyć coś, co nazywa się kondensatem Bosego-Einsteina.
Te kondensaty, znane również jako piąty stan skupienia, tworzą się, gdy gaz bozonowy o niskiej gęstości schładza się do poziomu nieco powyżej zera absolutnego. Na tym etapie atomy w gazie przechodzą od swojego regularnego kołysania do stanu całkowicie stacjonarnego – najmniejszego możliwego stanu kwantowego.
Gdyby we wczesnym Wszechświecie taki gaz d hexakwarków był wszędzie, kiedy ostygł po Wielkim Wybuchu, to zgodnie z modelowaniem zespołu mógł się połączyć, tworząc kondensaty Bosego-Einsteina. A te kondensaty mogą być tym, co teraz nazywamy ciemną materią.
Oczywiście to wszystko jest wysoce teoretyczne, ale im więcej kandydatów na ciemną materię znajdujemy – i potwierdzamy lub wykluczamy – tym bliżej jesteśmy do zdefiniowania, czym jest ciemna materia.
Więc jest tu jeszcze dużo do zrobienia. Zespół planuje znaleźć d hexaquarki w kosmosie i zbadać je. Planują też więcej pracy nad heksakwarkami w laboratorium.
„Następnym krokiem w tworzeniu nowego kandydata na ciemną materię będzie głębsze zrozumienie interakcji heksakwarków – kiedy przyciągają się i kiedy odpychają” – powiedział Michaił Baszkanow, fizyk z York University.
„Wykonujemy nowe pomiary, aby stworzyć heksakwarki wewnątrz jądra atomowego i sprawdzić, czy ich właściwości różnią się od tych, które występują w wolnej przestrzeni”.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Physics G: Nuclear Physics and Particle Physics.
