Невидима і всемогутня. Фізики назвали частку, з якої може складатися темна матерія

16 червня 2019, 07:00

Вчені з Каліфорнійського університету знайшли теоретичну частку, яка підходить під опис темної матерії і яку потенційно можна виміряти.

Завдяки відкриттям в сучасній фізиці людство навчилося переміщатися на надзвукових швидкостях, запускати космічні апарати в найвіддаленіші куточки Сонячної системи, досліджувати об'єкти на відстані в сотні мільйонів світлових років від Землі і тепер збирається переселити людей на інші планети.

Відео дня

Але, коли мова заходить про об'єднання фізичних явищ на макро- і мікрорівнях — у наукового співтовариства немає єдиної відповіді на фундаментальні питання про будову Всесвіту. Натомість фізики пропонують лише теорії і припущення, які можуть бути далеко від суті того, що відбувається насправді.

Левова частка з цих питань стосується загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, а точніше спостережуваних фізичних явищ, які суперечать цій основоположній для сучасної науки теорії.

Наприклад, згідно з теорією Ейнштейна, чим далі об'єкт розташований від центру своєї галактики — тим менше гравітаційної сили має на нього діяти і, відповідно, тим меншою буде швидкість його обертання. Проте, останні спостереження астрономів свідчать про протилежне: швидкість обертання зовнішніх об'єктів постійно збільшується, попри те, що відстань між ними зростає і сам по собі Всесвіт розширюється.

Mario De Leo / wikipedia, CC BY-SA
Фото: Mario De Leo / wikipedia, CC BY-SA

Щоб заповнити цю діру в знаннях людства про структуру Всесвіту, близько 100 років тому вчені прийшли до теорії так званої темної матерії. Ця речовина нібито формує приховану масу всіх об'єктів і є причиною високих швидкостей їх руху.

Якщо темна матерія дійсно існує - вона повинна займати значну частину Всесвіту (приблизно її чверть). Але, проблема в тому, що ніхто поки не бачив цю матерію, адже вона не випускає електромагнітного випромінювання, не взаємодіє з ним безпосередньо і, ймовірно, складається з частинок, про які ми ще не знаємо.

Днями, фізики-теоретики з Каліфорнійського університету опублікували дослідження, в якому вони не тільки описали чергового претендента на звання темної матерії, але і знайшли спосіб, як його побачити.

Однополюсний магніт

Як пише портал Phys.org, довгий час темною матерією вважали вімп — теоретичну слабовзаємодіючу масивну частку. Але, досі, вімпи так і не вдалося помітити в практичних експериментах.

Нове ж дослідження, яке презентували фізики з США на конференції Планка в Іспанії на початку червня 2019-го, говорить, що темною матерією може бути видозмінена альтернатива вімпа — магнітний монополь. Цю частку вже описували в квантовій теорії, і головна її характеристика — наявність тільки одного магнітного заряду.

Discover Magazine
Фото: Discover Magazine

Згідно з припущенням вчених з Каліфорнії, темний магнітний монополь буде взаємодіяти з темними фотонами і електронами точно так само, як і відбувається взаємодія звичайних фотонів і електронів зі звичайним монополями в квантовій теорії.

Відкриття несе не тільки нову потенційну частку, з якої може складатися темна матерія, але і метод, за допомогою якого її можна засікти. «Фізик Пол Дірак передбачив, що електрон, що рухається по колу близько монополя змінить фазу в своїй хвильової функції. Оскільки в квантовій теорії електрони існують як частки і хвилі, один і той же електрон може проходити по обидва боки від монополя і, відповідно, перебувати поза фазою на іншій стороні», — пише Phys.org.

Таке явище називається ефектом Ааронового — Бома, і означає, що електрон, що розташований біля магнітного поля, піддається впливу цього поля, навіть не проходячи через нього.

У вчених поки немає необхідного обладнання, щоб засікти це явище, оскільки теоретична зміна фази електрона через ймовірний магнітний монополь буде майже непомітною.

Попри це, автори дослідження нагадують, що коли проект з лазерно-інтерферометричною гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) для виявлення гравітаційних космічних хвиль представили вперше — в світі ще не було необхідних технологій для проведення практичного експерименту.

Не факт, що через кілька десятків років фізики не зможуть засікти існування магнітного монополя і не визначать, що саме формує значну частину Всесвіту.

А, може, це гравітація?

Нагадаємо, на початку 2019-го вчені з університету Південної Данії опублікували дослідження, згідно з яким додаткову вагу космічних об'єктів формує зовсім не темна матерія, а інші закони гравітації, які діють на величезних масштабах.

nanonewsnet.ru
Фото: nanonewsnet.ru

Один з авторів роботи — фізик Юрій Смирнов — писав: «Ми припустили, що кожен досить щільний компактний об'єкт в космосі створює навколо себе невидиму сферу, яка визначає, як закони фізики проявляються зі зростанням відстані. Ця сфера повинна допомогти нам зрозуміти різницю в малих і великих масштабах».

Згідно з їхньою теорією, об'єкти, які розташовані всередині цієї невидимої сфери підкоряються класичній теорії тяжіння Ньютона і взаємодіють з масивним об'єктом (зіркою) в центрі. Але, об'єкти, які виходять за межі сфери отримують значно більше гравітаційне зусилля від центральної зірки, навіть якщо їх маса залишається незмінною.

Вчені підрахували, що розмір такої невидимої сфери пропорційний масі центрального об'єкта. Наприклад, якщо в галактиці ця сфера буде мати радіус в кілька тисяч світлових років (відстань, на якій помітно дію темної матерії), — то відповідна сфера навколо нашого Сонця буде мати радіус в 50 тис. астрономічних одиниць (а.о.).

Враховуючи те, що одна а.о. відповідає відстані від Землі до Сонця, а на дистанції в 50 а.о. розташовані кордони нашої Сонячної системи, — нам недоступні об'єкти на яких би можна було протестувати альтернативний гравітаційний вплив Сонця.

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X