Hva er mystisk mørk materie? Den mørke materien i universet «mister», sier russiske fysikere.

MOSKVA, 12. desember - RIA Novosti. Mengden mørk materie i universet har gått ned med omtrent 2-5 %, noe som kan forklare avvik i verdiene til noen viktige kosmologiske parametere under Big Bang og i dag, sier russiske kosmologer i en artikkel publisert i tidsskriftet Physical Review D.

"La oss forestille oss at mørk materie består av flere komponenter, som vanlig materie, og en komponent består av ustabile partikler, hvis levetid er ganske lang: i en tid med hydrogendannelse, hundretusenvis av år etter. det store smellet, de eksisterer fortsatt i universet, men i dag har de allerede forsvunnet, og forfaller til nøytrinoer eller hypotetiske relativistiske partikler. Da vil mengden mørk materie i fortiden og i dag være annerledes, sa Dmitrij Gorbunov fra Moscow Phystech, hvis ord er sitert av universitetets pressetjeneste.

Mørk materie er et hypotetisk stoff som manifesterer seg utelukkende gjennom gravitasjonsinteraksjon med galakser, og introduserer forvrengninger i deres bevegelse. Partikler av mørk materie interagerer ikke med noen arter elektromagnetisk stråling, og kan derfor ikke registreres under direkte observasjoner. Mørk materie utgjør omtrent 26 % av universets masse, mens «vanlig» materie utgjør bare omtrent 4,8 % av massen – resten er den like mystiske mørke energien.

Hubble hjalp forskere med å avdekke den uventede raske utvidelsen av universetDet viste seg at universet nå utvider seg enda raskere enn beregninger basert på observasjoner av "ekkoet" fra Big Bang viste. Dette indikerer eksistensen av et tredje mystisk "mørkt" stoff - mørk stråling eller ufullstendigheten av relativitetsteorien.

Observasjoner av fordelingen av mørk materie i de nærmeste og fjerneste hjørnene av universet, utført ved hjelp av bakkebaserte teleskoper og Planck-sonden, avslørte nylig en merkelig ting - det viste seg at ekspansjonshastigheten til universet, og noen egenskaper ved «ekkoet» av Big Bang i en fjern fortid og i dag merkbart annerledes. For eksempel flyr galakser i dag fra hverandre mye raskere enn det følger av resultatene av analysen av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen.

Gorbunov og hans kolleger fant mulig årsak dette.

For et år siden, en av forfatterne av artikkelen, akademiker Igor Tkachev fra instituttet kjernefysikk RAS i Moskva formulerte teorien om såkalt råtnende mørk materie (DDM), der, i motsetning til den allment aksepterte teorien om "kald mørk materie" (CDM), er noen eller alle dens partikler ustabile. Disse partiklene, som foreslått av Tkachev og hans medarbeidere, bør forfalle sjelden nok, men i merkbare mengder, for å gi opphav til avvik mellom det unge og moderne universet.

I hans ny jobb Tkachev, Gorbunov og deres kollega Anton Chudaykin prøvde å beregne hvor mye mørk materie må ha forfalt, ved å bruke data samlet inn av Planck og andre observatorier som studerte den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen og de første galaksene i universet.

Som beregningene deres viste, kan forfallet av mørk materie faktisk forklare hvorfor resultatene av observasjoner av dette stoffet ved bruk av Planck ikke samsvarer med observasjoner av galaksehoper nærmest oss.

Interessant nok krever dette forfall relativt liten mengde mørk materie - fra 2,5 til 5% av det total masse, hvis mengde nesten ikke avhenger av hvilke grunnleggende egenskaper universet skal ha. Nå, som forskere forklarer, har all denne materien forfalt, og resten av den mørke materien, stabil i naturen, oppfører seg som beskrevet av CDM-teorien. På den annen side er det også mulig at den fortsetter å forfalle.

"Dette betyr at i dagens univers er det 5% mindre mørk materie enn det var i epoken med dannelsen av de første molekylene av hydrogen og helium etter universets fødsel. Vi kan nå ikke si hvor raskt denne ustabile delen forfalt er mulig at mørk materie fortsetter å forfalle og nå, selv om dette er en annen, mye mer kompleks modell, avslutter Tkachev.

Mørk materie- dette er en annen av menneskehetens oppdagelser gjort "på pennespissen." Ingen har noen gang følt det, det stråler ikke elektromagnetiske bølger og samhandler ikke med dem. I mer enn et halvt århundre har det ikke vært noen eksperimentelle bevis for eksistensen av mørk materie, bare eksperimentelle beregninger som angivelig bekrefter dens eksistens. Men på dette øyeblikket- Dette er bare en hypotese fra astrofysikere. Imidlertid bør det bemerkes at dette er en av de mest spennende og svært rimelige vitenskapelige hypotesene.

Det hele startet på begynnelsen av forrige århundre: astronomer la merke til at bildet av verden som de observerte passer ikke inn i gravitasjonsteorien. Teoretisk sett roterer galakser, som har den beregnede massen, raskere enn de burde.

Det betyr at de (galakser) har mye større masse enn beregninger fra observasjonene som er gjort tilsier. Men siden de fortsatt roterer, er enten tyngdekraftsteorien ikke riktig, eller denne teorien "fungerer" ikke på objekter som galakser. Eller det er mer materie i universet enn moderne instrumenter kan oppdage. Denne teorien ble mer populær blant forskere, og denne immaterielle hypotetiske substansen ble kalt mørk materie.
Fra beregninger viser det seg at mørk materie i galakser er omtrent 10 ganger mer enn vanlig, og forskjellige saker samhandler med hverandre bare på gravitasjonsnivå, det vil si at mørk materie manifesterer seg utelukkende i form av masse.
Noen forskere antyder at noen mørk materie– Dette er et vanlig stoff, men det sender ikke ut elektromagnetisk stråling. Slike objekter inkluderer mørke galaktiske glorier, nøytronstjerner og brune dverger, så vel som andre fortsatt hypotetiske romobjekter.

Hvis du tror på konklusjonene til forskere, samles vanlig materie (hovedsakelig i galakser)
rundt områder med de tetteste konsentrasjonene av mørk materie. På den resulterende plassen
På kartet er mørk materie et ujevnt nettverk av gigantiske filamenter, over tid
økende og avtagende på steder med galaktiske klynger.

Mørk materie er delt inn i flere klasser: varm, varm og kald (dette avhenger av hastigheten til partiklene den er sammensatt av). Slik skilles varm, varm og kald mørk materie. Det er kald mørk materie som er av størst interesse for astronomene, siden den kan danne stabile objekter, for eksempel hele mørke galakser.
Teorien om mørk materie passer også inn i Big Bang-teorien. Derfor antar forskere at 300 tusen år etter eksplosjonen begynte partikler av mørk materie først å gruppere seg i enorme mengder, og etter det ble det dannet partikler av vanlig materie samlet på dem av tyngdekraften og galakser.
Disse overraskende funnene betyr at massen av vanlig materie bare er noen få prosent av universets totale masse!!!

Det vil si at verden vi ser er bare en liten del av det universet faktisk består av. Og vi kan ikke engang forestille oss hva dette enorme "noe" er.

Det er kjent at mørk materie interagerer med "lysende" (baryonisk) materie, i det minste på en gravitasjonsmessig måte, og representerer et medium med en gjennomsnittlig kosmologisk tetthet flere ganger høyere enn tettheten til baryoner. Sistnevnte er fanget i gravitasjonshull med mørk materiekonsentrasjoner. Derfor, selv om mørk materie partikler ikke interagerer med lys, sendes lys ut fra der den mørke materien er. Denne bemerkelsesverdige egenskapen til gravitasjonsustabilitet har gjort det mulig å studere mengden, tilstanden og fordelingen av mørk materie ved å bruke observasjonsdata fra radio til røntgenstråler.

Direkte studier av distribusjonen av mørk materie i galaksehoper ble mulig etter at svært detaljerte bilder ble tatt på 1990-tallet. I dette tilfellet viser bilder av fjernere galakser som projiseres på klyngen seg å være forvrengt eller til og med delt på grunn av effekten av gravitasjonslinser. Basert på arten av disse forvrengningene, blir det mulig å rekonstruere fordelingen og størrelsen på massen i klyngen, uavhengig av observasjoner av galaksene i selve klyngen. Dermed bekreftes tilstedeværelsen av skjult masse og mørk materie i galaksehoper ved en direkte metode.

En studie publisert i 2012 av bevegelsene til mer enn 400 stjerner plassert i avstander på opptil 13 000 lysår fra Solen fant ingen bevis for mørk materie i det store volumet av rommet rundt Solen. I følge teoretiske spådommer skulle den gjennomsnittlige mengden mørk materie i nærheten av solen ha vært omtrent 0,5 kg i volum kloden. Målinger ga imidlertid en verdi på 0,00±0,06 kg mørk materie i dette volumet. Dette betyr at forsøk på å oppdage mørk materie på jorden, for eksempel gjennom sjeldne interaksjoner av mørk materie partikler med "vanlig" materie, er usannsynlig å lykkes.

Mørk materie-kandidater

Baryonisk mørk materie

Den mest naturlige antagelsen ser ut til å være at mørk materie består av vanlig, baryonisk materie, som av en eller annen grunn vekselvirker svakt elektromagnetisk og derfor er uoppdagelig når man studerer for eksempel emisjons- og absorpsjonslinjer. Sammensetningen av mørk materie kan inkludere mange allerede oppdagede kosmiske objekter, for eksempel: mørke galaktiske glorier, brune dverger og massive planeter, kompakte objekter i de siste stadiene av evolusjonen: hvite dverger, nøytronstjerner, sorte hull. I tillegg kan hypotetiske objekter som kvarkstjerner, Q-stjerner og preonstjerner også være en del av baryonisk mørk materie.

Problemene med denne tilnærmingen er manifestert i Big Bang-kosmologien: hvis all mørk materie er representert av baryoner, bør forholdet mellom konsentrasjoner av lette elementer etter primær nukleosyntese, observert i de eldste astronomiske objektene, være forskjellig, skarpt forskjellig fra det som er observert . I tillegg viser eksperimenter for å søke etter gravitasjonslinsing av lyset fra stjerner i vår galakse at en tilstrekkelig konsentrasjon av store graviterende objekter som planeter eller sorte hull ikke er observert for å forklare massen til glorien til galaksen vår, og små objekter av tilstrekkelig konsentrasjon bør absorbere stjernelys for sterkt.

Ikke-baryonisk mørk materie

Teoretiske modeller gir stort valg mulige kandidater til rollen som ikke-baryonisk usynlig materie. La oss liste noen av dem.

Lette nøytrinoer

I motsetning til andre kandidater har nøytrinoer en klar fordel: de er kjent for å eksistere. Siden antallet nøytrinoer i universet er sammenlignbart med antall fotoner, kan nøytrinoer, selv med en liten masse, godt bestemme dynamikken til universet. For å oppnå , hvor er den såkalte kritiske tettheten, kreves det nøytrinomasser i størrelsesorden eV, der angir antall typer lette nøytrinoer. Eksperimenter utført til dags dato gir estimater av nøytrinomasser i størrelsesorden eV. Dermed er lyse nøytrinoer praktisk talt utelukket som en kandidat for den dominerende brøkdelen av mørk materie.

Tunge nøytrinoer

Fra dataene om Z-boson-nedbrytningsbredden følger det at antall generasjoner av svakt samvirkende partikler (inkludert nøytrinoer) er lik 3. Derfor er tunge nøytrinoer (minst med en masse mindre enn 45 GeV) nødvendigvis de so- kalt. "sterile", det vil si partikler som ikke samhandler svakt. Teoretiske modeller forutsier masse over et veldig bredt spekter av verdier (avhengig av arten til den nøytrinoen). Fra fenomenologien for følger et masseområde på omtrent eV, kan sterile nøytrinoer godt utgjøre en betydelig del av mørk materie.

Supersymmetriske partikler

I supersymmetriske (SUSY) teorier er det minst én stabil partikkel som er en ny kandidat for mørk materie. Det antas at denne partikkelen (LSP) ikke deltar i elektromagnetiske og sterke interaksjoner. LSP-partikler kan være photino, gravitino, higgsino (superpartnere av henholdsvis fotonet, graviton og Higgs boson), samt sneutrino, vin og zino. I de fleste teorier er en LSP-partikkel en kombinasjon av de ovennevnte SUSY-partiklene med en masse i størrelsesorden 10 GeV.

Cosmions

Kosmioner ble introdusert i fysikk for å løse problemet med solnøytrinoer, som består i en betydelig forskjell i fluksen av nøytrinoer oppdaget på jorden fra verdien forutsagt av standardmodellen av solen. Imidlertid har dette problemet blitt løst innenfor rammen av teorien om nøytrinoscillasjoner og Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-effekten, så kosmioner er tilsynelatende ekskludert fra kandidater for rollen som mørk materie.

Topologiske defekter i rom-tid

I følge moderne kosmologiske konsepter bestemmes vakuumenergien av et visst lokalt homogent og isotropisk skalarfelt. Dette feltet er nødvendig for å beskrive de såkalte vakuumfaseovergangene under utvidelsen av universet, hvor det skjedde et konsekvent brudd på symmetri, noe som førte til separasjon av grunnleggende interaksjoner. En faseovergang er et hopp i energien til et vakuumfelt som tenderer til grunntilstanden (tilstanden med minimumsenergi ved en gitt temperatur). Ulike regioner i rommet kan oppleve en slik overgang uavhengig, noe som resulterer i dannelsen av regioner med en viss "justering" av skalarfeltet, som utvider seg og kan komme i kontakt med hverandre. Ved møtepunktene til regioner med forskjellige orienteringer kan stabile topologiske defekter av forskjellige konfigurasjoner dannes: punktlignende partikler (spesielt magnetiske monopoler), lineære utvidede objekter (kosmiske strenger), todimensjonale membraner (domenevegger), tre- dimensjonsfeil (teksturer). Alle disse gjenstandene har som regel kolossal masse og kan gi et dominerende bidrag til mørk materie. For øyeblikket (2012) har ikke slike objekter blitt oppdaget i universet.

Klassifisering av mørk materie

Avhengig av hastigheten til partiklene som antagelig utgjør mørk materie, kan den deles inn i flere klasser.

Varm mørk materie

Sammensatt av partikler som beveger seg nær lysets hastighet - sannsynligvis nøytrinoer. Disse partiklene har en veldig liten masse, men fortsatt ikke null, og gitt det enorme antallet nøytrinoer i universet (300 partikler per 1 cm³), gir dette en enorm masse. I noen modeller står nøytrinoer for 10 % av mørk materie.

På grunn av sin enorme hastighet kan ikke denne materien danne stabile strukturer, men den kan påvirke vanlig materie og andre typer mørk materie.

Varm mørk materie

Materie som beveger seg med relativistiske hastigheter, men lavere enn varm mørk materie, kalles "varm". Hastighetene til partiklene kan variere fra 0,1c til 0,95c. Spesielt noen data temperatursvingninger bakgrunnsmikrobølgestråling gir grunn til å tro at en slik form for materie kan eksistere.

Det er ennå ingen kandidater for rollen som komponenter i varm mørk materie, men det er mulig at sterile nøytrinoer, som bør bevege seg langsommere enn de vanlige tre smakene av nøytrinoer, kan være en av dem.

Kald mørk materie

Mørk materie som beveger seg i klassisk hastighet kalles "kald". Denne typen materie er av størst interesse, siden, i motsetning til varm og varm mørk materie, kan kald materie danne stabile formasjoner, og til og med hele mørke galakser.

Mens partikler egnet for rollen komponenter kald mørk materie er ikke oppdaget. Kandidater for rollen som kald mørk materie er svakt samvirkende massive partikler - WIMPs, som aksioner og supersymmetriske fermionpartnere til lyse bosoner - photinos, gravitinos og andre.

Blandet mørk materie

I populærkulturen

• I Mass Effect-serien er mørk materie og mørk energi i form av såkalt «Element Zero» nødvendig for bevegelse i superluminale hastigheter. Noen mennesker, biotika, ved hjelp av mørk energi, kan kontrollere masseeffektfelt.
• I animasjonsserien Futurama brukes mørk materie som drivstoff for romskip Interplanetary Express-selskap. Materie er født i form av avføring fra den fremmede rasen "Zubastilons" og er ekstremt tett i tetthet.

se også

Notater

Litteratur

• Nettstedet Modern Cosmology, som også inneholder et utvalg materialer om mørk materie.
• G.W.Klapdor-Kleingrothaus, A.Staudt Ikke-akseleratorfysikk elementærpartikler. M.: Nauka, Fizmatlit, 1997.

Linker

• S. M. Bilenky, Nøytrinomasser, blanding og svingninger, UFN 173 1171-1186 (2003)
• V.N. Lukash, E.V. Mikheeva, Mørk materie: fra startforhold til dannelsen av universets struktur, UFN 177 1023-1028 (2007)
• DI. Kazakov "Dark Matter", fra en serie forelesninger i PostScience-prosjektet (video)
• Anatoly Cherepashchuk. "Nye former for materie i universet, del 1" - Mørk masse og mørk energi, fra forelesningsserien "ACADEMIA" (video)

Wikimedia Foundation. 2010.

Se hva "Dark Matter" er i andre ordbøker:

MØRK MATERIE- (TM) uvanlig materie i universet vårt, som ikke består av (se), dvs. ikke av protoner, nøytroner, mesoner, etc., og oppdaget av den sterkeste gravitasjonseffekten på kosmiske objekter av vanlig baryonisk natur (stjerner, galakser, svart ... …

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

Dette begrepet har andre betydninger, se Dark Star . En mørk stjerne er en teoretisk forutsagt type stjerne som kunne ha eksistert tidlig i dannelsen av universet, selv før... ... Wikipedia

SAKEN- objektiv virkelighet som eksisterer utenfor og uavhengig av menneskelig bevissthet og reflekteres av den (for eksempel levende og ikke-levende M.). Verdens enhet ligger i dens materialitet. I fysikk M. alle typer eksistens (se), som kan være i forskjellige... ... Big Polytechnic Encyclopedia

Til dags dato har mysteriet om hvor den mørke materien kom fra ikke blitt løst. Det er teorier som tyder på at den består av lavtemperatur interstellar gass. I dette tilfellet kan ikke stoffet produsere noen stråling. Det er imidlertid teorier mot denne ideen. De sier at gassen er i stand til å varmes opp, noe som fører til at de blir vanlige "baryoniske" stoffer. Denne teorien støttes av det faktum at massen av gass i kald tilstand ikke kan eliminere underskuddet som oppstår.

Det er så mange spørsmål om teorier om mørk materie at det er verdt å se litt nærmere på det.

Hva er mørk materie?

Spørsmålet om hva mørk materie er dukket opp for rundt 80 år siden. Tilbake på begynnelsen av 1900-tallet. På den tiden kom den sveitsiske astronomen F. Zwicky på ideen om at massen til alle galakser i virkeligheten er større enn massen til alle de objektene som kan sees med sine egne gasser i et teleskop. Alle de tallrike ledetrådene antydet at det var noe ukjent i verdensrommet som hadde en imponerende masse. Det ble besluttet å gi navnet "mørk substans" til dette uforklarlige stoffet.

Dette usynlige stoffet opptar minst en fjerdedel av hele universet. Det særegne ved dette stoffet er at partiklene samhandler dårlig med hverandre og med vanlige andre stoffer. Denne interaksjonen er så svak at forskerne ikke engang kan oppdage den. Faktisk er det bare tegn på påvirkning fra partikler.

Studiet av dette problemet blir utført av de største hjernene rundt om i verden, så selv de største skeptikerne i verden tror at det vil være mulig å fange partikler av stoffet. Det mest ønskelige målet er å gjøre dette i laboratoriemiljø. I gruvene på stor dybde arbeidet er i gang, slike forhold for eksperimenter er nødvendige for å eliminere interferens forårsaket av partikler av stråler fra verdensrommet.

Det er en mulighet for at mye ny informasjon vil være mulig å skaffe takket være moderne akseleratorer, spesielt ved hjelp av Large Hadron Collider.

Partikler av mørk materie har en merkelig funksjon - gjensidig ødeleggelse. Som et resultat av slike prosesser oppstår gammastråling, antipartikler og partikler (som elektron og positron). Derfor prøver astrofysikere å finne spor av gammastråling eller antipartikler. Til dette brukes ulike grunn- og rominstallasjoner.

Bevis for eksistensen av mørk materie

De aller første tvilene om riktigheten av beregninger av universets masse, som allerede nevnt, ble delt av astronomen fra Sveits F. Zwicky. Til å begynne med bestemte han seg for å måle hastigheten til galakser fra Coma-hopen som beveger seg rundt sentrum. Og resultatet av arbeidet hans forundret ham noe, fordi bevegelseshastigheten til disse galaksene viste seg å være høyere enn han hadde forventet. I tillegg har han forhåndsberegnet denne verdien. Men resultatene var ikke de samme.

Konklusjonen var åpenbar: den virkelige massen til klyngen var mye større enn den tilsynelatende. Dette kan forklares med det faktum at det meste av materien som er i denne delen av universet ikke kan sees, og det er også umulig å observere det. Dette stoffet viser sine egenskaper bare i form av masse.

En rekke gravitasjonseksperimenter har bekreftet tilstedeværelsen av usynlig masse i galaksehoper. Relativitetsteorien har en viss tolkning av dette fenomenet. Hvis du følger den, er hver masse i stand til å deformere rommet, i tillegg, som en linse, bøyer den den direkte strømmen av lysstråler. Galaksehopen forårsaker forvrengning, dens innflytelse er så sterk at den blir merkbar. Synet av galaksen som ligger rett bak klyngen er mest forvrengt. Denne forvrengningen brukes til å beregne hvordan saken er fordelt i denne klyngen. Slik måles virkelig masse. Det viser seg alltid å være flere ganger større enn massen av synlig materie.

Fire tiår etter arbeidet til pioneren på dette området, F. Zwicky, tok den amerikanske astronomen V. Rubin opp denne problemstillingen. Hun studerte hastigheten som materie, som befinner seg ved kantene av galakser, roterer rundt sentrum av galaksen. Hvis vi følger Keplers lover angående tyngdelovene, så er det en viss sammenheng mellom rotasjonshastigheten til galakser og avstanden til sentrum.

Men i realiteten viste målinger at rotasjonshastigheten ikke endret seg med økende avstand til sentrum. Slike data kan bare forklares på én måte - galaksens materie har samme tetthet både i sentrum og i kantene. Men det synlige stoffet hadde en mye større tetthet i sentrum og var preget av sparsomhet i kantene, og mangelen på tetthet kunne bare forklares med tilstedeværelsen av et eller annet stoff som ikke var synlig for øyet.

For å forklare fenomenet er det nødvendig at det er nesten 10 ganger mer av denne usynlige materien i galakser enn materien vi kan se. Dette ukjente stoffet kalles "mørk materie" eller "mørk materie". Til dags dato er dette fenomenet fortsatt det mest interessante mysteriet for astrofysikere.

Det er et annet argument for bevis på eksistensen av mørk materie. Det følger av beregninger som beskriver prosessen med hvordan galakser ble dannet. Det antas at dette begynte omtrent 300 000 år etter at Big Bang fant sted. Beregningsresultatene sier at tiltrekningen mellom stofffragmentene som dukket opp under eksplosjonen ikke kunne kompensere kinetisk energi fra spredning. Det vil si at saken ikke kunne konsentrere seg i galakser, men vi kan se det i dag.

Dette uforklarlig faktum kalt galakseparadokset, ble det sitert som et argument som ødelegger Big Bang-teorien. Men du kan se det fra den andre siden. Tross alt kunne partikler av den mest vanlige materie blandes med partikler av mørk materie. Da blir beregningene riktige, og hvordan galakser ble dannet der mye mørk materie hadde samlet seg, og partikler av vanlig materie allerede hadde sluttet seg til dem på grunn av tyngdekraften. Tross alt utgjør vanlig materie en liten brøkdel av den totale massen til universet.

Synlig materie har en relativt lav tetthet i forhold til mørk substans, fordi den er 20 ganger tettere. Derfor er de 95 % av universets masse som mangler ifølge forskernes beregninger mørk materie.

Dette førte imidlertid til konklusjonen at alle synlig verden, som er studert vidt og bredt, så kjent og forståelig, er bare et lite tillegg til hva den egentlig består av.

Alle galakser, planeter og stjerner er bare en liten del av noe vi ikke aner noe om. Det er dette som avsløres, men det virkelige er skjult for oss.

En teoretisk konstruksjon i fysikk kalt standardmodellen beskriver samspillet mellom alle kjent for vitenskapen elementærpartikler. Men dette er bare 5% av materien som eksisterer i universet, de resterende 95% har absolutt ukjent natur. Hva er denne hypotetiske mørke materien og hvordan prøver forskere å oppdage den? Hayk Hakobyan, MIPT-student og ansatt ved Institutt for fysikk og astrofysikk, forteller om dette som en del av et spesielt prosjekt.

Standardmodellen av elementærpartikler, endelig bekreftet etter oppdagelsen av Higgs-bosonet, beskriver de grunnleggende interaksjonene (elektrosvake og sterke) til de vanlige partiklene vi kjenner: leptoner, kvarker og kraftbærere (bosoner og gluoner). Det viser seg imidlertid at hele denne enorme komplekse teorien bare beskriver omtrent 5-6% av all materie, mens resten ikke passer inn i denne modellen. Observasjoner av de tidligste øyeblikkene i universet vårt viser oss at omtrent 95 % av stoffet som omgir oss er av en helt ukjent natur. Med andre ord, vi ser indirekte tilstedeværelsen av denne skjulte materien på grunn av dens gravitasjonspåvirkning, men vi har ennå ikke klart å fange den direkte. Dette skjulte massefenomenet har kodenavnet «mørk materie».

Moderne vitenskap, spesielt kosmologi, arbeider etter den deduktive metoden til Sherlock Holmes

Nå er hovedkandidaten fra WISP-gruppen aksionen, som oppstår i teorien om det sterke samspillet og har en veldig liten masse. En slik partikkel er i stand til å bli til et foton-foton-par i høye magnetiske felt, noe som gir hint om hvordan man kan prøve å oppdage den. ADMX-eksperimentet bruker store kamre som skaper et magnetfelt på 80 000 gauss (det er 100 000 ganger mer magnetfelt Jord). I teorien burde et slikt felt stimulere nedbrytningen av en aksion til et foton-foton-par, som detektorer skal fange. Til tross for utallige forsøk, har det ennå ikke vært mulig å oppdage WIMPs, aksioner eller sterile nøytrinoer.

Dermed har vi reist gjennom et stort antall forskjellige hypoteser for å forsøke å forklare den underlige tilstedeværelsen av den skjulte massen, og etter å ha avvist alle umulighetene ved hjelp av observasjoner, har vi kommet til flere mulige hypoteser som vi allerede kan jobbe med.

Et negativt resultat i vitenskapen er også et resultat, siden det gir begrensninger på forskjellige parametere for partikler, for eksempel eliminerer det rekkevidden av mulige masser. Fra år til år gir flere og flere nye observasjoner og eksperimenter med akseleratorer nye, strengere restriksjoner på massen og andre parametere til mørk materiepartikler. Dermed, ved å kaste ut alle de umulige alternativene og innsnevre sirkelen av søk, blir vi dag for dag nærmere å forstå hva 95% av saken i universet vårt består av.