Jotain maailmankaikkeudessa luo enemmän massaa kuin voimme suoraan havaita. Tiedämme, että se on siellä havaittavien aineeseen kohdistuvien painovoiman vuoksi; mutta emme tiedä mikä se on ja mistä se tuli.
Kutsumme tätä näkymätöntä massaa “pimeäksi aineeksi”, ja fyysikot ovat juuri tunnistaneet hiukkasen, joka voisi olla se.
Ehdokas on äskettäin löydetty subatominen hiukkanen, jota kutsutaan d-heksakarkiksi. Ja alkuräjähdyksissä, jotka seurasivat suurta räjähdystä, he voisivat kokoontua luomaan pimeää ainetta.
Lähes vuosisadan ajan pimeä aine on hämmentänyt tähtitieteilijöitä. Ensimmäistä kertaa sen vaikutus havaittiin tähtien liikkeissä, mikä vihjasi, että niiden ympärillä oli enemmän massaa kuin voimme nähdä.
Voimme nyt nähdä pimeän aineen vaikutuksen muussa dynamiikassa – esimerkiksi gravitaatiolinsseillä, kun valo taipuu massiivisten esineiden, kuten galaksiryhmien, ympärille. Ja galaktisten levyjen pyöriminen, joka on liian nopea selitettävissä sen näennäismassalla.
Tähän asti on käynyt ilmi, että pimeää ainetta ei voida havaita suoraan, koska se ei absorboi, emittoi tai heijasta minkään tyyppistä sähkömagneettista säteilyä. Mutta sen painovoima on voimakas – niin voimakas, että jopa 85 prosenttia universumissamme olevasta aineesta voi olla pimeää ainetta.
Tutkijat haluavat kuitenkin ymmärtää pimeän aineen salaisuuden. Tämä ei johdu vain siitä, että he ovat erittäin uteliaita – pimeän aineen selvittäminen voi kertoa meille paljon siitä, miten universumimme muodostui ja miten se toimii.
Jos pimeää ainetta ei todellakaan ole, se tarkoittaisi, että hiukkasfysiikan vakiomallissa, jota käytämme kuvaamaan ja ymmärtämään universumia, on jotain vikaa.
Useita pimeän aineen ehdokkaita on esitetty vuosien varrella, mutta näyttää olevan lähestymässä vastauksen löytämistä. Hexaquark d – muodollisemmin, d (2380) – tulee näyttämölle.
“Pimeän aineen alkuperä universumissa on yksi tieteen suurimmista kysymyksistä, eikä siihen ole vieläkään vastausta”, selitti ydinfyysikko Daniel Watts Yhdistyneen kuningaskunnan Yorkin yliopistosta.
Ensimmäiset laskelmamme osoittavat, että kondensaatit d ovat uusi mahdollinen pimeän aineen ehdokas. Tämä uusi tulos on erityisen mielenkiintoinen, koska se ei vaadi uusia fysiikan käsitteitä. '
Kvarkit ovat perushiukkasia, jotka yleensä yhdistyvät kolmena ryhmänä protonien ja neutronien muodostamiseksi. Näitä kolmen kvarkin hiukkasia kutsutaan yhdessä bariooneiksi, ja suurin osa maailmankaikkeudessa havaituista aineista koostuu niistä. Olet bararyoninen. Kuin aurinko. Ja planeetat ja tähtipuru.
Kun kuusi kvarkkia yhdistyvät, se luo tietyn tyyppisen hiukkasen, jota kutsutaan dibaryoniksi tai heksakarkkiksi. Itse asiassa emme ole nähneet monia niistä ollenkaan. Hexaquark d, kuvattu vuonna 2014, oli ensimmäinen ei-triviaalinen löytö.
Heksakarkit d ovat mielenkiintoisia siinä mielessä, että ne ovat bosoneja, eräänlainen hiukkanen, joka noudattaa Bose-Einstein-tilastoja, perusta hiukkasten käyttäytymisen kuvaamiselle. Tässä tapauksessa tämä tarkoittaa, että heksakarkkien d-kokoelma voi muodostaa jotain, jota kutsutaan Bose-Einstein-kondensaatiksi.
Tunnetaan myös aineen viidenneksi tilaksi, nämä kondensaatit muodostuvat, kun pienitiheyksinen bosonikaasu jäähtyy hieman absoluuttisen nollan yläpuolelle. Tässä vaiheessa kaasun atomit siirtyvät säännöllisestä heilutuksestaan täysin paikallaan olevaan tilaan – pienimpään mahdolliseen kvanttitilaan.
Jos varhaisessa maailmankaikkeudessa tällainen d-heksakarkkikaasu oli kaikkialla, kun se jäähtyi Ison räjähdyksen jälkeen, niin tiimin mallin mukaan se olisi voinut yhdessä muodostaa Bose-Einstein-kondensaatteja. Ja nämä kondensaatit voivat olla mitä me kutsumme nyt pimeäksi aineeksi.
On selvää, että tämä kaikki on erittäin teoreettista, mutta mitä enemmän pimeän aineen ehdokkaita löydämme – ja vahvistamme tai sulkemme pois – sitä lähempänä olemme pimeän aineen määrittelemistä.
Joten täällä on vielä paljon tehtävää. Tiimi aikoo löytää avaruudesta d heksakarkkia ja tutkia niitä. He aikovat myös tehdä enemmän työtä heksakarkkeilla laboratoriossa.
“Seuraava askel tämän uuden pimeää ainetta koskevan ehdokkaan luomisessa on syvempi ymmärtäminen siitä, kuinka heksaakarkit ovat vuorovaikutuksessa – milloin ne houkuttelevat ja milloin karkottavat toisiaan”, sanoi Yorkin yliopiston fyysikko Mikhail Bashkanov.
“Teemme uusia mittauksia luodaksemme heksakarkkeja ytimen sisälle ja selvittääkseen, poikkeavatko niiden ominaisuudet vapaassa tilassa ollessaan.”
Tutkimus julkaistiin Physics G: Nuclear Physics and Particle Physics -lehdessä.
