Hvad er mystisk mørkt stof? Det mørke stof i universet "taber sig", siger russiske fysikere.

MOSKVA, 12. december - RIA Novosti. Mængden af mørkt stof i universet er faldet med omkring 2-5%, hvilket kan forklare uoverensstemmelser i værdierne af nogle vigtige kosmologiske parametre under Big Bang og i dag, siger russiske kosmologer i et papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review D.

"Lad os forestille os, at mørkt stof består af flere komponenter, ligesom almindeligt stof og en komponent består af ustabile partikler, hvis levetid er ret lang: i brintdannelsens æra, hundredtusinder af år efter. stort brag, de eksisterer stadig i universet, men i dag er de allerede forsvundet og henfalder til neutrinoer eller hypotetiske relativistiske partikler. Så vil mængden af mørkt stof i fortiden og i dag være anderledes,” sagde Dmitry Gorbunov fra Moscow Phystech, hvis ord er citeret af universitetets pressetjeneste.

Mørkt stof er et hypotetisk stof, der udelukkende manifesterer sig gennem gravitationel interaktion med galakser, hvilket introducerer forvrængninger i deres bevægelse. Partikler af mørkt stof interagerer ikke med nogen art elektromagnetisk stråling, og kan derfor ikke registreres under direkte observationer. Mørkt stof udgør omkring 26 % af universets masse, mens "almindeligt" stof kun udgør omkring 4,8 % af dets masse – resten er den lige så mystiske mørke energi.

Hubble hjalp videnskabsmænd med at afsløre den uventede hurtige udvidelse af universetDet viste sig, at universet nu udvider sig endnu hurtigere, end beregninger baseret på observationer af Big Bangs "ekko" viste. Dette indikerer eksistensen af et tredje mystisk "mørkt" stof - mørk stråling eller ufuldstændigheden af relativitetsteorien.

Observationer af fordelingen af mørkt stof i universets nærmeste og fjerneste hjørner, udført ved hjælp af jordbaserede teleskoper og Planck-sonden, afslørede for nylig en mærkelig ting - det viste sig, at universets udvidelseshastighed og nogle egenskaber ved Big Bangs "ekko" i en fjern fortid og i dag mærkbart anderledes. For eksempel flyver galakser i dag meget hurtigere fra hinanden, end det følger af resultaterne af analysen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling.

Gorbunov og hans kolleger fandt mulig årsag det her.

For et år siden, en af forfatterne til artiklen, akademiker Igor Tkachev fra Instituttet kernefysik RAS i Moskva formulerede teorien om såkaldt henfaldende mørkt stof (DDM), hvor i modsætning til den almindeligt accepterede teori om "kold mørkt stof" (CDM), nogle eller alle dets partikler er ustabile. Disse partikler, som foreslået af Tkachev og hans medarbejdere, skulle henfalde ret sjældent, men i mærkbare mængder, for at give anledning til afvigelser mellem det unge og moderne univers.

I hans nyt job Tkachev, Gorbunov og deres kollega Anton Chudaikin forsøgte at beregne, hvor meget mørkt stof må være henfaldet ved hjælp af data indsamlet af Planck og andre observatorier, der studerede den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling og de første galakser i universet.

Som deres beregninger viste, kan henfaldet af mørkt stof faktisk forklare, hvorfor resultaterne af observationer af dette stof ved hjælp af Planck ikke svarer til observationer af galaksehobe tættest på os.

Interessant nok kræver dette forfald relativt lille mængde mørkt stof - fra 2,5 til 5% af det total masse, hvis mængde næsten ikke afhænger af, hvilke fundamentale egenskaber universet skal have. Nu, som videnskabsmænd forklarer, er alt dette stof forfaldet, og resten af det mørke stof, stabilt i naturen, opfører sig som beskrevet af CDM-teorien. På den anden side er det også muligt, at det fortsætter med at forfalde.

"Det betyder, at der i nutidens univers er 5% mindre mørkt stof, end der var i æraen af dannelsen af de første molekyler af brint og helium efter universets fødsel. Vi kan nu ikke sige, hvor hurtigt denne ustabile del henfaldt er muligt, at mørkt stof fortsætter med at henfalde og nu, selvom dette er en anden, meget mere kompleks model,” slutter Tkachev.

Mørkt stof- dette er endnu en af menneskehedens opdagelser gjort "på spidsen af pennen." Ingen har nogensinde følt det, det stråler ikke elektromagnetiske bølger og interagerer ikke med dem. I mere end et halvt århundrede har der ikke været eksperimentelle beviser for eksistensen af mørkt stof, kun eksperimentelle beregninger, der angiveligt bekræfter dets eksistens. Men på dette øjeblik- Dette er blot en hypotese fra astrofysikere. Det skal dog bemærkes, at dette er en af de mest spændende og meget rimelige videnskabelige hypoteser.

Det hele startede i begyndelsen af forrige århundrede: astronomer bemærkede, at billedet af verden, som de observerede passer ikke ind i tyngdekraftsteorien. Teoretisk set roterer galakser, der har den beregnede masse, hurtigere, end de burde.

Det betyder, at de (galakser) har en meget større masse, end beregninger fra de foretagne observationer antyder. Men da de stadig roterer, så er tyngdekraftsteorien enten ikke korrekt, eller også "virker" denne teori ikke på objekter som galakser. Eller der er mere stof i universet, end moderne instrumenter kan opdage. Denne teori blev mere populær blandt videnskabsmænd, og dette immaterielle hypotetiske stof blev kaldt mørkt stof.
Ud fra beregninger viser det sig, at det mørke stof i galakser er cirka 10 gange mere end normalt, og at forskellige stoffer kun interagerer med hinanden på gravitationsniveauet, det vil sige, at mørkt stof udelukkende manifesterer sig i form af masse.
Nogle videnskabsmænd foreslår, at nogle mørkt stof- Dette er et almindeligt stof, men det udsender ikke elektromagnetisk stråling. Sådanne objekter inkluderer mørke galaktiske glorier, neutronstjerner og brune dværge, såvel som andre stadig hypotetiske rumobjekter.

Hvis du tror på videnskabsmænds konklusioner, er almindeligt stof (hovedsageligt indeholdt i galakser) indsamlet
omkring områder med de tætteste koncentrationer af mørkt stof. På det resulterende rum
På kortet er mørkt stof et ujævnt netværk af gigantiske filamenter over tid
stigende og faldende steder med galaktiske hobe.

Mørkt stof er opdelt i flere klasser: varmt, varmt og koldt (dette afhænger af hastigheden af de partikler, som det er sammensat af). Sådan skelnes varmt, varmt og koldt mørkt stof. Det er koldt mørkt stof, der er af størst interesse for astronomerne, da det kan danne stabile objekter, for eksempel hele mørke galakser.
Teorien om mørkt stof passer også ind i Big Bang-teorien. Derfor antager videnskabsmænd, at 300 tusind år efter eksplosionen begyndte partikler af mørkt stof først at klynge sig i enorme mængder, og derefter blev partikler af almindeligt stof samlet på dem af tyngdekraften og galakser dannet.
Disse overraskende fund betyder at massen af almindeligt stof kun er nogle få procent af universets samlede masse!!!

Det vil sige, at den verden, vi ser, kun er en lille del af, hvad Universet faktisk består af. Og vi kan ikke engang forestille os, hvad dette enorme "noget" er.

Det er kendt, at mørkt stof interagerer med "lysende" (baryonisk) stof, i det mindste på en gravitationel måde, og repræsenterer et medium med en gennemsnitlig kosmologisk tæthed flere gange højere end tætheden af baryoner. Sidstnævnte er fanget i gravitationshuller med koncentrationer af mørkt stof. Derfor, selvom mørkt stof partikler ikke interagerer med lys, udsendes lys derfra hvor det mørke stof er. Denne bemærkelsesværdige egenskab ved gravitationel ustabilitet har gjort det muligt at studere mængden, tilstanden og fordelingen af mørkt stof ved hjælp af observationsdata fra radio til røntgenstråler.

Direkte undersøgelse af fordelingen af mørkt stof i galaksehobe blev mulig, efter at meget detaljerede billeder blev opnået i 1990'erne. I dette tilfælde viser billeder af fjernere galakser, der er projiceret på hoben, sig at være forvrænget eller endda splittet på grund af effekten af gravitationslinser. Baseret på arten af disse forvrængninger bliver det muligt at rekonstruere fordelingen og størrelsen af massen i hoben, uanset observationer af galakserne i selve hoben. Således bekræftes tilstedeværelsen af skjult masse og mørkt stof i galaksehobe ved en direkte metode.

En undersøgelse offentliggjort i 2012 af bevægelser af mere end 400 stjerner placeret i afstande på op til 13.000 lysår fra Solen fandt ingen tegn på mørkt stof i det store rumfang omkring Solen. Ifølge teoretiske forudsigelser skulle den gennemsnitlige mængde mørkt stof i nærheden af Solen have været cirka 0,5 kg i volumen globus. Målinger gav dog en værdi på 0,00±0,06 kg mørkt stof i dette volumen. Det betyder, at forsøg på at opdage mørkt stof på Jorden, for eksempel gennem sjældne vekselvirkninger af mørkt stof partikler med "almindeligt" stof, sandsynligvis ikke vil lykkes.

Mørkt stof kandidater

Baryonisk mørkt stof

Den mest naturlige antagelse synes at være, at mørkt stof består af almindeligt, baryonisk stof, som af en eller anden grund vekselvirker svagt elektromagnetisk og derfor ikke kan detekteres, når man studerer for eksempel emissions- og absorptionslinjer. Sammensætningen af mørkt stof kan omfatte mange allerede opdagede kosmiske objekter, såsom: mørke galaktiske glorier, brune dværge og massive planeter, kompakte objekter i de sidste stadier af evolutionen: hvide dværge, neutronstjerner, sorte huller. Derudover kan hypotetiske objekter som kvarkstjerner, Q-stjerner og præonstjerner også være en del af baryonisk mørkt stof.

Problemerne med denne tilgang er manifesteret i Big Bang-kosmologien: hvis alt mørkt stof er repræsenteret af baryoner, bør forholdet mellem koncentrationer af lette elementer efter primær nukleosyntese, observeret i de ældste astronomiske objekter, være anderledes, skarpt forskelligt fra det, der observeres . Derudover viser eksperimenter til at søge efter gravitationslinser af lyset fra stjerner i vores galakse, at en tilstrækkelig koncentration af store graviterende objekter såsom planeter eller sorte huller ikke er observeret til at forklare massen af glorie i vores galakse, og små objekter af tilstrækkelig koncentration bør absorbere stjernelys for kraftigt.

Ikke-baryonisk mørkt stof

Teoretiske modeller giver stort valg mulige kandidater til rollen som ikke-baryonisk usynligt stof. Lad os liste nogle af dem.

Lette neutrinoer

I modsætning til andre kandidater har neutrinoer en klar fordel: de er kendt for at eksistere. Da antallet af neutrinoer i universet er sammenligneligt med antallet af fotoner, så selv med en lille masse, kan neutrinoer meget vel bestemme universets dynamik. For at opnå, hvor er den såkaldte kritiske tæthed, kræves neutrinomasser af størrelsesordenen eV, hvor angiver antallet af typer af lette neutrinoer. Eksperimenter udført til dato giver estimater af neutrinomasser i størrelsesordenen eV. Således er lette neutrinoer praktisk talt udelukket som en kandidat til den dominerende fraktion af mørkt stof.

Tunge neutrinoer

Fra dataene om Z-bosonets henfaldsbredde følger det, at antallet af generationer af svagt interagerende partikler (inklusive neutrinoer) er lig med 3. Således er tunge neutrinoer (i det mindste med en masse mindre end 45 GeV) nødvendigvis de so- hedder. "sterile", det vil sige partikler, der ikke interagerer svagt. Teoretiske modeller forudsiger masse over en meget bred vifte af værdier (afhængigt af arten af den neutrino). Fra fænomenologien for følger et masseområde på ca. eV, kan sterile neutrinoer godt udgøre en væsentlig del af mørkt stof.

Supersymmetriske partikler

Under supersymmetriske (SUSY) teorier er der mindst én stabil partikel, der er en ny kandidat til mørkt stof. Det antages, at denne partikel (LSP) ikke deltager i elektromagnetiske og stærke interaktioner. LSP-partikler kan være photino, gravitino, higgsino (superpartnere af henholdsvis fotonen, gravitonen og Higgs-bosonen), samt sneutrino, vin og zino. I de fleste teorier er en LSP-partikel en kombination af ovenstående SUSY-partikler med en masse i størrelsesordenen 10 GeV.

Cosmions

Kosmioner blev introduceret i fysikken for at løse problemet med solneutrinoer, som består i en signifikant forskel i neutrinofluxen på Jorden fra værdien forudsagt af Solens standardmodel. Imidlertid er dette problem blevet løst inden for rammerne af teorien om neutrinoscillationer og Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-effekten, så kosmioner er tilsyneladende udelukket fra kandidater til rollen som mørkt stof.

Topologiske defekter i rum-tid

Ifølge moderne kosmologiske begreber er vakuumenergien bestemt af et bestemt lokalt homogent og isotropt skalarfelt. Dette felt er nødvendigt for at beskrive de såkaldte vakuumfaseovergange under universets udvidelse, hvorunder en konsekvent krænkelse af symmetri fandt sted, hvilket førte til adskillelse af fundamentale interaktioner. En faseovergang er et spring i energien af et vakuumfelt, der tenderer til dets grundtilstand (tilstanden med minimumsenergi ved en given temperatur). Forskellige områder af rummet kunne opleve en sådan overgang uafhængigt, hvilket resulterer i dannelsen af regioner med en vis "tilpasning" af skalarfeltet, som, udvidende, kunne komme i kontakt med hinanden. Ved mødepunkterne for regioner med forskellige orienteringer kan der dannes stabile topologiske defekter af forskellige konfigurationer: punktlignende partikler (især magnetiske monopoler), lineære forlængede objekter (kosmiske strenge), todimensionelle membraner (domænevægge), tre- dimensionsfejl (teksturer). Alle disse genstande har som regel kolossal masse og kunne yde et dominerende bidrag til mørkt stof. I øjeblikket (2012) er sådanne objekter ikke blevet opdaget i universet.

Klassificering af mørkt stof

Afhængigt af hastigheden af de partikler, der formentlig udgør mørkt stof, kan det opdeles i flere klasser.

Varmt mørkt stof

Sammensat af partikler, der bevæger sig tæt på lysets hastighed - sandsynligvis neutrinoer. Disse partikler har en meget lille masse, men stadig ikke nul, og givet det enorme antal neutrinoer i universet (300 partikler pr. 1 cm³), giver dette en enorm masse. I nogle modeller står neutrinoer for 10 % af mørkt stof.

På grund af dets enorme hastighed kan dette stof ikke danne stabile strukturer, men det kan påvirke almindeligt stof og andre typer mørkt stof.

Varmt mørkt stof

Stof, der bevæger sig med relativistiske hastigheder, men lavere end varmt mørkt stof, kaldes "varmt". Hastigheden af dens partikler kan variere fra 0,1c til 0,95c. Nogle data, især temperaturudsving baggrundsmikrobølgestråling giver grund til at tro, at en sådan form for stof kan eksistere.

Der er endnu ingen kandidater til rollen som komponenter i varmt mørkt stof, men det er muligt, at sterile neutrinoer, som skulle bevæge sig langsommere end de sædvanlige tre varianter af neutrinoer, kunne være en af dem.

Koldt mørkt stof

Mørkt stof, der bevæger sig med klassiske hastigheder, kaldes "koldt". Denne type stof er af den største interesse, da koldt stof i modsætning til varmt og varmt mørkt stof kan danne stabile formationer og endda hele mørke galakser.

Mens partikler egnet til rollen komponenter koldt mørkt stof er ikke blevet påvist. Kandidater til rollen som koldt mørkt stof er svagt interagerende massive partikler - WIMP'er, såsom aksioner og supersymmetriske fermionpartnere af lyse bosoner - photinos, gravitinoer og andre.

Blandet mørkt stof

I populærkulturen

I Mass Effect-serien er mørkt stof og mørk energi i form af såkaldt "Element Zero" nødvendige for bevægelse ved superluminale hastigheder. Nogle mennesker, biotika, ved hjælp af mørk energi, kan kontrollere masseeffektfelter.
I animationsserien Futurama bruges mørkt stof som brændstof til rumskib Interplanetary Express selskab. Stof er født i form af afføring fra den fremmede race "Zubastilons" og er ekstremt tæt i tæthed.

se også

Noter

Litteratur

Modern Cosmology hjemmeside, som også indeholder et udvalg af materialer om mørkt stof.
G.W.Klapdor-Kleingrothaus, A.Staudt Ikke-accelerator fysik elementære partikler. M.: Nauka, Fizmatlit, 1997.

Links

S. M. Bilenky, Neutrinomasser, blanding og svingninger, UFN 173 1171-1186 (2003)
V.N. Lukash, E.V. Mikheeva, Mørkt stof: fra begyndelsesbetingelser til dannelsen af universets struktur, UFN 177 1023-1028 (2007)
DI. Kazakov "Dark Matter", fra en række forelæsninger i PostScience-projektet (video)
Anatoly Cherepashchuk. "Nye former for stof i universet, del 1" - Mørk masse og mørk energi, fra forelæsningsrækken "ACADEMIA" (video)

Wikimedia Foundation. 2010.

Se, hvad "Dark Matter" er i andre ordbøger:

MØRKT STOF- (TM) usædvanligt stof i vores univers, der ikke består af (se), dvs. ikke af protoner, neutroner, mesoner osv., og opdaget af den stærkeste gravitationseffekt på kosmiske objekter af almindelig baryonisk natur (stjerner, galakser, sorte ... …

Dark Matter The Outer Limits: Dark Matters Genre science fiction ... Wikipedia

Dette udtryk har andre betydninger, se Dark Star. En mørk stjerne er en teoretisk forudsagt stjernetype, der kunne have eksisteret tidligt i universets dannelse, selv før... ... Wikipedia

STOF- objektiv virkelighed, der eksisterer uden for og uafhængigt af den menneskelige bevidsthed og afspejles af den (f.eks. levende og ikke-levende M.). Verdens enhed er i dens materialitet. I fysik M. alle former for eksistens (se), som kan være i forskellige... ... Big Polytechnic Encyclopedia

Hidtil er mysteriet om, hvor det mørke stof kom fra, ikke blevet løst. Der er teorier, der tyder på, at den består af lavtemperatur interstellar gas. I dette tilfælde kan stoffet ikke producere nogen stråling. Der er dog teorier imod denne idé. De siger, at gassen er i stand til at varme op, hvilket fører til, at de bliver til almindelige "baryoniske" stoffer. Denne teori understøttes af det faktum, at gasmassen i kold tilstand ikke kan eliminere det underskud, der opstår.

Der er så mange spørgsmål om teorier om mørkt stof, at det er værd at undersøge det lidt mere.

Hvad er mørkt stof?

Spørgsmålet om, hvad mørkt stof er, opstod for omkring 80 år siden. Tilbage i begyndelsen af det 20. århundrede. På det tidspunkt kom den schweiziske astronom F. Zwicky på ideen om, at massen af alle galakser i virkeligheden er større end massen af alle de objekter, der kan ses med deres egne gasser i et teleskop. Alle de talrige spor antydede, at der var noget ukendt i rummet, som havde en imponerende masse. Det blev besluttet at give navnet "mørkt stof" til dette uforklarlige stof.

Dette usynlige stof optager mindst en fjerdedel af hele universet. Det særlige ved dette stof er, at dets partikler interagerer dårligt med hinanden og med almindelige andre stoffer. Denne interaktion er så svag, at forskerne ikke engang kan opdage den. Faktisk er der kun tegn på påvirkning fra partikler.

Undersøgelsen af dette spørgsmål udføres af de største hjerner rundt om i verden, så selv de største skeptikere i verden tror, at det vil være muligt at fange partikler af stoffet. Det mest ønskelige mål er at gøre dette i et laboratoriemiljø. I minerne på stor dybde arbejdet er i gang, er sådanne betingelser for eksperimenter nødvendige for at eliminere interferens forårsaget af partikler af stråler fra rummet.

Der er mulighed for, at meget nye oplysninger vil være muligt at opnå takket være moderne acceleratorer, især ved hjælp af Large Hadron Collider.

Partikler af mørkt stof har en mærkelig egenskab - gensidig ødelæggelse. Som et resultat af sådanne processer opstår gammastråling, antipartikler og partikler (såsom elektron og positron). Derfor forsøger astrofysikere at finde spor af gammastråling eller antipartikler. Til dette formål anvendes forskellige jord- og ruminstallationer.

Bevis for eksistensen af mørkt stof

De allerførste tvivl om rigtigheden af beregninger af universets masse, som allerede nævnt, blev delt af astronomen fra Schweiz F. Zwicky. Til at begynde med besluttede han at måle hastigheden af galakser fra Coma-hoben, der bevæger sig rundt i midten. Og resultatet af hans arbejde undrede ham noget, fordi disse galaksers bevægelseshastighed viste sig at være højere, end han havde forventet. Derudover har han forudberegnet denne værdi. Men resultaterne var ikke de samme.

Konklusionen var indlysende: den reelle masse af klyngen var meget større end den tilsyneladende. Dette kunne forklares med, at det meste af det stof, der er i denne del af universet, ikke kan ses, og det er også umuligt at observere det. Dette stof udviser kun sine egenskaber i form af masse.

En række gravitationseksperimenter har bekræftet tilstedeværelsen af usynlig masse i galaksehobe. Relativitetsteorien har en vis fortolkning af dette fænomen. Hvis du følger det, er hver masse i stand til at deformere rummet, derudover, som en linse, bøjer den den direkte strøm af lysstråler. Galaksehoben forårsager forvrængning, dens indflydelse er så stærk, at den bliver mærkbar. Synet af galaksen, der er placeret direkte bag klyngen, er mest forvrænget. Denne forvrængning bruges til at beregne, hvordan stoffet er fordelt i denne klynge. Sådan måles reel masse. Det viser sig uvægerligt at være flere gange større end massen af synligt stof.

Fire årtier efter arbejdet med pioneren på dette område, F. Zwicky, tog den amerikanske astronom V. Rubin dette spørgsmål op. Hun studerede den hastighed, hvormed stof, som er placeret ved kanterne af galakser, roterer rundt om galaksens centrum. Hvis vi følger Keplers love vedrørende tyngdelovene, så er der en vis sammenhæng mellem galaksernes rotationshastighed og afstanden til centrum.

Men i virkeligheden viste målinger, at omdrejningshastigheden ikke ændrede sig med stigende afstand til centrum. Sådanne data kunne kun forklares på én måde - galaksens stof har den samme tæthed både i midten og ved kanterne. Men det synlige stof havde en meget større tæthed i midten og var præget af sparsomhed i kanterne, og manglen på tæthed kunne kun forklares med tilstedeværelsen af et eller andet stof, der ikke var synligt for øjet.

For at forklare fænomenet er det nødvendigt, at der er næsten 10 gange mere af dette usynlige stof i galakser end det stof, vi kan se. Dette ukendte stof kaldes "mørk stof" eller "mørk stof". Til dato er dette fænomen stadig det mest interessante mysterium for astrofysikere.

Der er et andet argument til fordel for beviser for eksistensen af mørkt stof. Det følger af beregninger, der beskriver processen med, hvordan galakser blev dannet. Det menes, at dette begyndte cirka 300.000 år efter Big Bang indtraf. Beregningsresultaterne siger, at tiltrækningen mellem stoffragmenterne, der dukkede op under eksplosionen, ikke kunne kompensere kinetisk energi fra spredning. Det vil sige, at sagen ikke kunne koncentrere sig i galakser, men vi kan se det i dag.

Det her uforklarlig kendsgerning kaldet galakseparadokset, blev det nævnt som et argument, der ødelægger Big Bang-teorien. Men man kan se det fra den anden side. Partikler af det mest almindelige stof kunne jo blandes med partikler af mørkt stof. Så bliver beregningerne korrekte, og hvordan der blev dannet galakser, hvori meget mørkt stof havde ophobet sig, og partikler af almindeligt stof allerede havde sluttet sig til dem på grund af tyngdekraften. Almindelig stof udgør trods alt en lille brøkdel af universets samlede masse.

Synligt stof har en relativt lav tæthed i forhold til mørkt stof, fordi den er 20 gange tættere. Derfor er de 95 % af universets masse, der mangler ifølge videnskabsmænds beregninger, mørkt stof.

Dette førte dog til den konklusion, at alle synlig verden, som er blevet studeret vidt og bredt, så velkendt og forståeligt, er kun en lille tilføjelse til, hvad der faktisk udgør.

Alle galakser, planeter og stjerner er bare et lille stykke af noget, som vi ikke aner. Det er det, der afsløres, men det virkelige er skjult for os.

En teoretisk konstruktion i fysik kaldet Standardmodellen beskriver samspillet mellem alle kendt af videnskaben elementære partikler. Men dette er kun 5% af det stof, der eksisterer i universet, de resterende 95% har absolut ukendt natur. Hvad er dette hypotetiske mørke stof, og hvordan forsøger videnskabsmænd at opdage det? Hayk Hakobyan, en MIPT-studerende og ansat ved Institut for Fysik og Astrofysik, fortæller om dette som en del af et særligt projekt.

Standardmodellen for elementarpartikler, som endelig blev bekræftet efter opdagelsen af Higgs-bosonen, beskriver de grundlæggende vekselvirkninger (elektrosvage og stærke) mellem de almindelige partikler, vi kender: leptoner, kvarker og kraftbærere (bosoner og gluoner). Det viser sig dog, at hele denne enorme komplekse teori kun beskriver omkring 5-6% af alt stof, mens resten ikke passer ind i denne model. Observationer af de tidligste øjeblikke af vores univers viser os, at cirka 95 % af det stof, der omgiver os, er af en fuldstændig ukendt natur. Med andre ord ser vi indirekte tilstedeværelsen af dette skjulte stof på grund af dets gravitationspåvirkning, men vi har endnu ikke været i stand til at fange det direkte. Dette skjulte massefænomen er kodenavnet "mørk stof".

Moderne videnskab, især kosmologi, arbejder efter Sherlock Holmes deduktive metode

Nu er hovedkandidaten fra WISP-gruppen axionen, som opstår i teorien om den stærke interaktion og har en meget lille masse. Sådan en partikel er i stand til at transformere sig til et foton-foton-par i høje magnetiske felter, hvilket giver hints om, hvordan man kan forsøge at detektere den. ADMX-eksperimentet bruger store kamre, der skaber et magnetfelt på 80.000 gauss (det er 100.000 gange mere magnetfelt Jorden). I teorien skulle et sådant felt stimulere henfaldet af en axion til et foton-foton-par, som detektorer skulle fange. På trods af adskillige forsøg har det endnu ikke været muligt at opdage WIMP'er, aksioner eller sterile neutrinoer.

Således har vi rejst gennem et stort antal forskellige hypoteser, hvor vi forsøger at forklare den skjulte masses mærkelige tilstedeværelse, og efter at have afvist alle umulighederne ved hjælp af observationer, er vi nået frem til flere mulige hypoteser, som vi allerede kan arbejde med.

Et negativt resultat i videnskaben er også et resultat, da det giver begrænsninger på forskellige parametre for partikler, for eksempel eliminerer det rækken af mulige masser. Fra år til år giver flere og flere nye observationer og eksperimenter med acceleratorer nye, strengere restriktioner på massen og andre parametre for mørkt stofpartikler. Ved at smide alle de umulige muligheder ud og indsnævre cirklen af søgninger, bliver vi dag for dag tættere på at forstå, hvad 95% af stoffet i vores univers består af.