21. septembra 2020
Tmavá hmota

Objavili sme tmavú hmotu?

Hviezdy, planéty, asteroidy, medzihviezdy plyn a čierne diery – toto všetko tvorí len malý zlomok hmoty v našom vesmíre. Zbytok tvorí niečo, čoho nedokážeme vidieť, vidíme len gravitačné pôsobenie, voláme to „tmavá hmota“. Tmavá hmota má svoje odtlačky v reliktovom žiarení, tichom šume vesmíru, ktoré sa v ňom šíri doteraz. Stimulovala tvorbu galaxií, dodnes ich drží pokope, spomaľuje rozpínanie vesmíru, spôsobuje gravitačné šošovkovanie.

Je to krásna záhada. Možno máme chybné predstavy o gravitácii – aj keď to vyzerá tak, že nemáme – alebo je vesmír plný niečoho, o čom nevieme prakticky nič. Teda, niečo už vieme, veľa vysvetlení pre tmavú hmotu sa podarilo vylúčiť. Vieme povedať, že tmavá hmota je takmer určite niečo nové a neznáme.

Mnoho rôznych kandidátov znamená, že je veľa rôznych experimentov, ktoré sa tmavú hmotu snažia zachytiť. Jeden z týchto experimentov práve ohlásil, že niečo uvidel. Volá sa XENON a jeho základom je valec naplnený jedným chemickým prvkom (áno, xenónom). Ak do nádoby vletí častica a zreaguje s elektrónom jedného z atómov, vyvolá dva záblesky  – prvý priamo z reakcie, druhý oneskorene kvôli uvoľnenému elektrónu – z čoho vedia experimentátori určiť energiu pôvodnej častice.

Aj napriek tomu, že experiment prebieha v bani, nie je dokonale izolovaný a sem-tam zachytí aj dobre známe častice, napríklad neutrína zo Slnka. Takémuto známemu a v podstate nežiadanému signálu hovoríme „pozadie“. A tu sa konečne blížime k tomu, čo vyvolalo vo fyzikálnej komunite rozruch. Častice takmer všetkých energií objavili v experimente zhruba v takom počte, ako očakávali od pozadia – napríklad odhadovali 70 častíc za rok a prišlo ich 60 alebo 80, čo je OK v rámci štatistickej odchýlky. Kľúčové však bolo slovo „takmer“. Pri veľmi špecifickej a nízkej energii zachytili výrazne viac signálu, než dávala predpoveď pozadia, namiesto 232 zachytili 285 častíc.

Ak je tých extra 53 častíc naozaj tmavá hmota, je možné, že ide o axióny – zatiaľ hypotetické častice – vychádzajúce zo Slnka. Iná možnosť sú tmavé fotóny, kandidátov sa asi podarí vymyslieť ešte viac. Za signál možno nemôže tmavá hmota, ale častica, ktorú dobre poznáme – konkrétne neutríno – ktoré sa možno správa inak, než si myslíme. Oba tieto varianty by boli fantastickým objavom, ktorý by udal smerovanie časticovej fyziky na ďalšie desaťročia. Existuje však aj nudnejšie vysvetlenie, možno ide o experimentálnu chybu alebo nesprávny odhad pozadia. História ukazuje, že často bývajú správne práve tie nudné vysvetlenia. Nezostáva nám nič iné, len čakať. Treba však zbystriť pozornosť, možno sa pohla prvá vetvička na strome.

[Samuel]

PS: Axiónové vysvetlenie celkom pokulháva, lebo ak naozaj zo Slnka vychádzajú axióny, tak potom vychádzajú aj z iných hviezd, čo nie je v zhode s niektorými astrofyzikálnymi pozorovaniami (napríklad by malo existovať menej bielych trpaslíkov).

Pridaj komentár