Kunne vi allerede ha oppdaget mørk materie?
Det er spørsmålet som ble lagt frem i en ny artikkel publisert 12. februar i Journal of Physics G. Forfatterne redegjorde for hvordan mørk materie kan være laget av en partikkel kjent som d * (2380) hexaquark, som sannsynligvis ble oppdaget i 2014.
Mørk materie, som utøver gravitasjonstrekk, men ikke avgir lys, er ikke noe noen noen gang har blitt rørt eller sett. Vi vet ikke hva det er laget av, og utallige søk etter tingene har kommet tomt. Men et overveldende flertall av fysikere er overbevist om at det eksisterer. Bevisene er pusset over hele universet: Klynger av stjerner som spinner langt raskere enn de ellers burde, mystiske lysforvrengninger over nattehimmelen, og til og med hull som er stanset i galaksen vår av en usett påvirker, peker på noe som er der ute - som utgjør mest av universets masse - som vi ennå ikke forstår.
De mest studerte teoriene om mørk materie involverer hele klasser av aldri før sett partikler fra godt utenfor standardmodellen for fysikk, den dominerende teorien som beskriver subatomiske partikler. De fleste av disse passer inn i en av to kategorier: de lette aksjoner og de tunge WIMP-ene, eller svakt samvirkende massive partikler. Det er andre, mer eksotiske teorier som involverer uoppdagede arter av nøytrinoer eller en teoretisk klasse mikroskopiske sorte hull. Men sjelden foreslår noen at mørk materie er laget av noe vi allerede vet eksisterer.
Mikhail Bashkanov og Daniel Watts, fysikere ved University of York i England, brøt den formen og hevdet at d * (2380) hexaquark, eller "d-star", kunne forklare all den manglende saken.
Kvarker er grunnleggende fysiske partikler i standardmodellen. Tre av dem bundet sammen (ved bruk av partikler kjent som gluoner) kan lage et proton eller et nøytron, byggesteinene til atomer. Arranger dem på andre måter så får du forskjellige, mer eksotiske partikler. D-stjernen er en positivt ladet, seks-kvark-partikkel som forskere mener eksisterte i et sekund av et sekund under et 2014-eksperiment ved Tysklands Jülich Research Center. Fordi det var så flyktig, at deteksjon av d-stjernen ikke er absolutt bekreftet.
Individuelle d-stjerner kunne ikke forklare mørk materie fordi de ikke varer lenge nok før de råtner. Imidlertid fortalte Bashkanov til Live Science, tidlig i universets historie kan partiklene ha klumpet seg sammen på en måte som ville ha hindret dem i å råtne.
Det scenariet oppstår med nøytroner. Ta et nøytron ut av en kjerne, og det forfaller veldig raskt, men bland det med andre nøytroner og protoner inne i kjernen, og det blir stabilt, sa Bashkanov.
"Hexaquarks oppfører seg på samme måte," sa Bashkanov.
Bashkanov og Watts teoretiserte at grupper av d-stjerner kunne danne stoffer kjent som Bose-Einstein kondensater, eller BEC. I kvanteeksperimenter dannes BEC når temperaturene synker så lave at atomer begynner å overlappe hverandre og blandes sammen, litt som protonene og nøytronene i atomene. Det er en tilstandstilstand forskjellig fra faststoff.
Tidlig i universets historie ville de BEC-ene ha fanget gratiselektroner og dannet et nøytralt ladet materiale. En nøytralt ladet d-stjerne BEC, skrev fysikerne, ville oppføre seg mye som mørk materie: usynlig, skli gjennom lysende stoff uten å slå den rundt merkbart, men likevel utøve betydelig gravitasjonstrekk på det omkringliggende universet.
Årsaken til at du ikke faller gjennom en stol når du sitter på den, er at stolens elektroner skyver mot elektronene på baksiden din, og skaper en barriere med negative elektriske ladninger som nekter å krysse stier. Under de rette forhold, sa Bashkanov, ville BEC-er laget av heksaquarks med fangede elektroner ingen slike barrierer, og skli gjennom andre typer materie som perfekt nøytrale spøkelser.
Disse BEC-ene kunne ha dannet seg like etter Big Bang, da rom gikk over fra et hav av varmt quark-gluon-plasma uten distinkte atompartikler inn i vår moderne tid med partikler som protoner, nøytroner og deres kusiner. I det øyeblikket da de grunnleggende atompartiklene dannet seg, var forholdene perfekte for hexaquark BEC for å utfelle fra quark-gluon plasma.
"Før denne overgangen er temperaturen for høy; etter den er tettheten for lav," sa Bashkanov.
I løpet av denne overgangsperioden kunne kvarkene ha frosset ned i enten vanlige partikler, som protoner og nøytroner, eller i hexaquark BEC-er som i dag kan utgjøre mørk materie, sa Bashkanov. Hvis disse heksaquarks BEC er der ute, skrev forskerne, kan vi kanskje være i stand til å oppdage dem. Selv om BEC er ganske lang levetid, vil de av og til råtne rundt Jorden. Og det forfallet ville dukke opp som en spesiell signatur i detektorer designet for å oppdage kosmiske stråler, og se ut som om den kom fra alle retninger på en gang som om kilden fylte all plass.
Neste trinn, skrev de, er å se etter den signaturen.
