Honba za tmavou hmotou

Predstavte si, že by bol Jupiter ako najväčšia planéta našej slnečnej sústavy neviditeľný. Nezmizol by, stále by krúžil okolo Slnka, len by ho nebolo možné pozorovať. Napríklad by ho nahradila malá čierna diera. Došlo by k jeho odhaleniu alebo by to bolo pre neprítomnosť svetelného signálu nemožné?

Detektor experimentu XENON1T sa nachádza hlboko pod horou Gran Sasso v Abruzzských Apeninách v strednej časti Talianska, foto wikipédia/Raboe001

Za bežných podmienok je Jupiter viditeľný voľným okom, aj preto bol objavený už veľmi dávno. V spomenutom scenári by však jeho objavenie trvalo dlho. Až teleskopy by odhalili, že mesiace Jupitera krúžia zdanlivo okolo ničoho. So stále presnejšími meraniami by sa dalo všimnúť, že ostatné planéty sa pohybujú tak, ako keby na ne okrem Slnka pôsobilo ešte niečo iné, nezanedbateľne hmotné. No a neskôr by astronómovia spozorovali, že sa na veľmi zvláštnom mieste hromadia asteroidy. Stopu po stope by sme tak na jeho existenciu nakoniec prišli.

Pozorovanie neviditeľného

Takýto scenár, v ktorom by bol neviditeľný Jupiter postupne odhalený vďaka jeho vplyvu na okolie, je vymyslený, v niečom sa však realite približuje. Vesmír je podľa všetkého plný hmoty, ktorá je sama osebe neviditeľná – prezrádza ju len jej gravitačné pôsobenie; nazýva sa tmavá hmota. Vedci vidia jej vplyv na rozloženie hmoty v rotujúcich galaxiách, pozorujú jej gravitačné šošovkovanie, simulácie ukazujú, že musela byť prítomná pri formovaní galaxií a jej odtlačky sa nachádzajú v reliktnom žiarení. Všetky stopy jasne ukazujú, že je vesmír tmavej hmoty plný – výrazne ovplyvňuje jeho dynamiku. Problém však je, že tmavú hmotu jednoducho nie je vidieť.
Možných vysvetlení, tzv. kandidátov na tmavú hmotu, je veľa. V minulosti si vedci mysleli, že možno po vesmíre poletujú malé tmavé planéty, ktoré sú neviditeľné pre ich vzdialenosť. Tiež sa domnievali, že možno ide len o prach či asteroidy, čierne diery pochádzajúce z raných fáz vesmíru alebo jednoducho nedokonalosť Einsteinových rovníc, ktorú treba opraviť. Kandidátov bolo veľa a veľkú časť z nich sa už podarilo vylúčiť.

Časť experimentu XENON1T, foto XENON experiment

Nový druh častíc

Na stole už dlho zostáva možnosť, že tmavá hmota je tvorená novým druhom elementárnych častíc. Sú neznáme, no dá sa o nich povedať aspoň niečo. Napríklad, že s bežnou hmotou interagujú len veľmi obmedzene – ak vôbec. Neutrína, ktoré neinteragujú takmer vôbec, lietajú okolo nás v stovkách miliárd za sekundu a na zachytenie aspoň niekoľkých z nich treba veľké a sofistikované detektory.
Existuje aj možnosť, že príroda zašla ešte o krok ďalej a obsahuje častice, ktoré okrem gravitácie neinteragujú vôbec. V takom prípade majú výskumníci smolu. Ak však dochádza aspoň k nejakej interakcii medzi tmavou a bežnou hmotou, tak je tu šanca na ich objav.

Nečakaný signál

Jeden z experimentov pod názvom XENON1T, ktorý sa snaží zachytiť hypotetické častice tmavej hmoty, nedávno oznámil, že niečo zachytil. Detektor sa nachádza v bani, takže väčšina ostatných častíc je odtienená. Občas však niečo prenikne, výskumníci s tým počítajú, volajú to pozadie. V určitom energetickom pásme však zaznamenali oveľa viac signálu, než predpokladali z pozadia.
Existujú tri možné vysvetlenia. Po prvé, experiment objavil tmavú hmotu. Po druhé, experiment zachytil bežné častice, ktoré sa však správajú inak, než sa doteraz myslelo. Prvá možnosť je garantovaná Nobelova cena, druhá by si ju možno zaslúžila tiež. Existuje však aj tretia možnosť – ide o experimentálnu chybu. Na názor som sa opýtal Gerarda ‘t Hoofta, držiteľa Nobelovej ceny za objavy v oblasti časticovej fyziky. Podľa neho ide takmer určite o tretiu možnosť – experimentálnu chybu. Prvé dve možnosti však znejú tak fantasticky, že si experiment zaslúži ďalšiu pozornosť.

Samuel Kováčik
Dublin Institute for Advanced Studies
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.

Komentáre