Universul invizibil al materiei intunecate

Nu avem nevoie de dimensiuni suplimentare sau universuri paralele pentru a avea o realitate alternativa, suprapusa propriei noastre realitati. Materia invizibila este peste tot. De exemplu, luati neutrinii generati de Soare. Suntem în mod constant bombardati cu neutrini, dar trec direct prin noi. Acestia împart acelasi spatiu cu atomii nostri, dar nu interactioneaza aproape niciodata.

Din câte stim, neutrinii sunt particule solitare. Dar daca exista un întreg univers de particule care interactioneaza între ele, dar nu cu atomii obisnuiti? Aceasta este ideea din spatele „sectorului întunecat”: un univers material teoretic coexistent, dar invizibil pentru detectoarele pe care le folosim pentru a studia particulele pe care le cunoastem.

„Sectoarele întunecate” sunt, prin însasi definitia lor, construite din particule care nu interactioneaza puternic cu modelul standard. Modelul standard este ghidul fizicianului pentru cele 17 particule si forte care alcatuiesc toata materia vizibila. Explica modul în care se formeaza atomii si de ce Soarele straluceste. Dar nu poate explica forta gravitationala, dezechilibrul cosmic dintre materie si antimaterie sau taria diferita a celor patru forte ale naturii.

Universul invizibil al particulelor din „sectorul întunecat” nu poate rezolva toate aceste probleme. Dar cu siguranta ar ajuta

Materia întunecata este un termen pe care fizicienii l-au inventat pentru a explica efectele gravitationale bizare pe care le-au observat în cosmos. Lumina stelelor îndepartate pare sa se curbeze în jurul unor obiecte invizibile în timp ce traverseaza Universul, iar galaxiile se rotesc ca si cum ar avea de cinci ori mai multa masa decât poate explica materia vizibila.

Chiar si lumina Universului timpuriu, pastrata în radiatia cosmica de fond, pare sa sugereze ca exista un esafodaj invizibil pe care s-au format galaxiile.

Unele teorii sugereaza ca materia întunecata este formata din resturi cosmice, care adauga masa Universului. Dar, dupa decenii de cautari, fizicienii înca nu au gasit materie întunecata într-un experiment de laborator.

Nu exista niciun motiv special sa ne asteptam ca orice se întâmpla în „sectorul întunecat” trebuie sa fie la fel de simplu ca modelele noastre. La urma urmei, stim ca Universul nostru vizibil este complex; fotonii, electronii, protonii, nucleele si neutrinii sunt toate importante pentru întelegerea Universului. „Sectorul întunecat” ar putea fi un loc complicat, de asemenea.

Particula care ar putea constitui materia întunecata ar putea fi singura care a supravietuit dintr-un set de particule întunecate. Ar putea fi chiar ceva de genul protonului, adica ar putea fi un grup de particule fundamentale care interactioneaza printr-o forta întunecata foarte puternica. Sau ar putea fi ceva de genul unui atom de hidrogen, adica un grup de particule care interactioneaza printr-o forta întunecata mai slaba.

Chiar daca experimentele noastre nu pot vedea direct aceste particule de materie întunecata, poate ca aceasta este sensibila la alte tipuri de particule întunecate, cum ar fi fotonii întunecati sau particule întunecate cu „viata” foarte scurta, care interactioneaza puternic cu bosonul Higgs.

Particula Higgs este una dintre cele mai simple modalitati pentru ca particulele modelului standard sa interactioneze cu „sectorul întunecat”. Din ceea ce stiu oamenii de stiinta, bosonul Higgs nu este pretentios. Poate interactiona foarte bine cu tot felul de particule masive, inclusiv cu cele invizibile pentru atomii obisnuiti.

Daca bosonul Higgs interactioneaza cu particule masive din sectorul întunecat, oamenii de stiinta ar trebui sa constate ca proprietatile sale difera usor de predictiile modelului standard. Cercetatorii de la Large Hadron Collider investigheaza proprietatile bosonului Higgs pentru a identifica ciudatenii neasteptate care ar putea deschide o poarta catre un nou tip de fizica.

În acelasi timp, oamenii de stiinta folosesc, de asemenea, LHC în încercarea de a detecta în mod direct particule din sectorul întunecat.

O teorie este ca la temperaturi extrem de ridicate, materia întunecata si materia obisnuita nu sunt atât de diferite si se pot transforma dintr-una într-alta prin intermediul unei forte întunecate. În Universul timpuriu fierbinte si dens este posibil ca acest fenomen sa fi fost destul de comun.

Pe masura ce Universul s-a extins si s-a racit, aceasta interactiune a încetat, lasând deoparte materia întunecata.

Coliziunile particulelor generate de LHC imita conditiile existente în Universul timpuriu si ar putea sa „deblocheze” particulele sectorului întunecat. Daca oamenii de stiinta sunt norocosi, ar putea chiar sa detecteze particule ale sectorului întunecat care se metamorfozeaza în materie obisnuita, un eveniment care se poate materializa în datele experimentale ca niste particule care apar dintr-o data fara a avea o sursa evidenta.

Exista si câteva scenarii rezonabile în care orice interactiune dintre sectorul întunecat si particulele din model standard este atât de slaba, încât nu poate fi surprinsa de aparatele noastre.

Aceste scenarii de „cosmar” sunt posibilitati logice, iar în acest caz trebuie sa ne gândim la modalitati astrofizice si cosmologice de a cauta „amprentele” fizicii particulelor întunecate.

Chiar daca sectorul întunecat este inaccesibil detectoarelor de particule, materia întunecata va fi întotdeauna vizibila prin amprenta gravitationala pe care o lasa în Cosmos.

Gravitatia ne spune multe despre câta materie întunecata este în Univers si despre tipurile de interactiuni pe care particulele din sectorul întunecat le pot ori nu le pot avea. De exemplu, cercetarile implicând undele gravitationale ne vor da posibilitatea sa privim înapoi în timp si sa vedem cum arata Universul nostru la energii extrem de mari si ar putea sa dezvaluie mai multe despre aceasta materie invizibila care exista în Univers.

sursa: scientia.ro 

Bogdan

Per aspera ad astra