Mereka mencari bahan gelap di Bumi, bawah tanah dan ruang angkasa. Zarah-zarahnya yang misterius tidak dapat dilihat oleh instrumen saintifik dan tidak menampakkan diri di mana sahaja. Walau bagaimanapun, "asas bukti" yang kukuh telah dikumpulkan demi keberadaan mereka. Adakah saintis mempunyai peluang untuk menemui bahan gelap.
Komponen utama alam semesta
Zarah zat gelap dilahirkan tidak lama selepas Big Bang, ketika alam semesta adalah plasma panas-merah. Ketika mereka menyejuk, mereka membentuk gumpalan yang akhirnya memberikan kemunculan bintang dan galaksi. Sekiranya plasma hanya mengandungi zarah biasa yang membentuk atom, maka radiasi akan menghalau mereka satu sama lain, tidak membiarkannya membentuk struktur apa pun. Objek yang diikat secara graviti muncul dengan cukup cepat, yang bermaksud ada sesuatu yang menolong mereka. Sebilangan besar bahan menahannya. Sekarang ia tidak berinteraksi dengan perkara biasa, tidak memancar, oleh itu kita tidak memerhatikannya dengan kaedah apa pun.
Ini adalah bagaimana para saintis menyusun semula evolusi Alam Semesta, yang tidak akan lengkap tanpa penyertaan bahan gelap. Kesimpulan ini dicapai pada tahun 1930-an oleh ahli astronomi Switzerland Fritz Zwicky. Semasa mempelajari kelompok galaksi, dia bertanya-tanya mengapa mereka tidak berselerak. Bagaimanapun, jisim galaksi yang kelihatan tidak cukup untuk menahan gugusan. Oleh itu, mesti ada jisim yang tersembunyi. Kemudian, hipotesis ini menemui banyak pengesahan mengenai anomali pada kadar putaran galaksi: bahagian-bahagian cakera yang jauh dari pusat hampir tidak perlahan, seperti jika hanya terdiri daripada bintang.
Lensa graviti memungkinkan untuk secara tidak langsung menangkap kehadiran jisim tersembunyi. Kesan ini dihasilkan oleh dua galaksi besar yang terletak di belakang yang lain. Cahaya dari galaksi yang jauh dibengkokkan oleh medan graviti yang berdekatan, dan, seperti dalam lensa, gambarnya muncul. Ini memberikan sedikit gambaran mengenai masalah gelap di galaksi membentuk lingkaran besar yang tidak dapat dilihat di sekitarnya. Dengan menggunakan pelbagai model, saintis mengira taburan ketumpatan bahan gelap di lingkaran dan, berdasarkan ini, membuat tekaan mengenai strukturnya.
Di sebelah kiri - lingkaran bahan gelap di galaksi NGC 4555.
Video promosi:
Komposisi bahan gelap
Ahli fizik cenderung untuk mempercayai bahawa bahan gelap terdiri daripada zarah yang tidak kita ketahui.
“Kaedah pemerhatian astrofizik tidak mengatakan apa-apa mengenai sifatnya. Ada kemungkinan mereka tidak berinteraksi dengan cara apa pun, kecuali kaedah graviti. Mungkin percubaan langsung di Bumi, atau pemerhatian di angkasa tidak akan membawa kepada apa-apa. Perkara ini mesti selalu diingat,”kata Dmitry Gorbunov, Anggota Akademi Sains Rusia, Ketua Penyelidik Institut Penyelidikan Nuklear Akademi Sains Rusia kepada RIA Novosti.
Calon untuk peranan zarah gelap termasuk paksi ultralight, zarah berinteraksi lemah (WIMP), dan neutrino steril yang membantu menjelaskan jisim dan ayunan neutrino suria.
Neutrino steril yang paling ringan mungkin merupakan zarah bahan gelap. Ia tidak stabil, tetapi ia bertahan lama. Di dalam Galaksi, zarah-zarah tersebut harus mereput menjadi neutrino dan foton. Mereka berputar perlahan (10-3 kali kecepatan cahaya), sehingga puncak dalam jarak sinar-X diharapkan dalam spektrum foton,”kata saintis itu.
Menurutnya, spektrometer yang baik harus dihantar ke orbit untuk cuba mendaftarkan acara tersebut.
Dua tahun yang lalu, Gorbunov dan rakan sekerja memodelkan satu hipotesis mengenai komponen bahan gelap yang tidak stabil untuk menjelaskan perbezaan dalam hasil eksperimen Teleskop Angkasa Planck, yang mengukur CMB. Mungkin ini adalah kesilapan, atau mungkin merupakan petunjuk tentang beberapa harta benda gelap. Para saintis menyatakan bahawa bahan gelap itu heterogen dalam komposisi dan sebahagian daripadanya tidak bertahan hingga hari ini.
Dalam mencari zarah gelap
Cara menangkap zarah-zarah gelap adalah salah satu persoalan penting dalam fizik. Banyak ahli teori dan eksperimen cuba menjawabnya. Cara pemerhatian bergantung pada model, di mana semua sifat zarah hipotetikal diletakkan. Sekiranya kita menganggap bahawa benda gelap berada dalam keseimbangan dalam plasma Alam Semesta awal - dan ada zarah biasa juga - ini bermaksud bahawa entah bagaimana ia berinteraksi dengan mereka. Dari semua jenis interaksi yang diketahui, kecuali yang mempunyai graviti, yang paling sesuai adalah yang lemah, yang berlaku semasa pelanggaran beta nukleus atom.
"Dengan anggapan ini, setelah plasma primer menyejuk, jumlah bahan gelap yang diperlukan tetap ada," jelas Dmitry Gorbunov.
Berdasarkan ini, zarah-zarah gelap dapat dihancurkan dengan pembentukan elektron dan positron. Mereka mencari jejak pemusnahan ini, tetapi ini adalah bukti bukti. Di samping itu, hasilnya agak kabur, zarah-zarah dibelokkan, terbang mengelilingi Galaksi, memusnahkan, kehilangan tenaga, dan apa yang sampai ke Bumi sukar dibezakan dengan latar belakang sinar kosmik.
Mereka cuba memerhatikan zarah gelap secara langsung di pengesan bawah tanah yang mendaftarkan neutrino. Di bawah tanah, latar belakang zarah atmosfera berkurang, bahan pengesan menyejuk, dan anda perlu menunggu zarah bahan gelap memukulnya. Kejadian ini jarang berlaku kerana zarah, jika ia berinteraksi, lemah. Impaknya menyebabkan pengujaan atom dan letupan tenaga, yang direkodkan oleh pengesan.
Pada masa yang sama, mustahil untuk meningkatkan jumlah bahan pengesan secara tidak terhingga untuk meningkatkan kebarangkalian berlalunya zarah gelap tanpa kehilangan kepekaan. Di samping itu, neutrino mengganggu isyarat. Untuk memotongnya, anda mungkin perlu membina alat pengesan yang sama sekali baru untuk berada di bawah isyarat ini.
“Perlu dilakukan pengesanan arah hentaman zarah. Ini akan menekan latar belakang dengan ketara, kerana neutrino terbang ke arah dari Matahari, dan bahan gelap akan menyerang ke arah lain,”jelas saintis.
Arah ketiga adalah penciptaan zarah bahan gelap akibat perlanggaran zarah biasa di LHC dan pemecut lain. Bagi pemerhati, ia akan kelihatan seperti, misalnya, foton terbang ke sisi. Menurut undang-undang pemuliharaan momentum, zarah juga harus terbang ke arah lain, tetapi tidak ada. Jadi dia tidak kelihatan.
Setakat ini, tidak ada cara untuk menangkap zarah bahan gelap yang berjaya. Tidak jelas mana dari mereka yang paling menjanjikan.
Komposisi Alam Semesta / Ilustrasi oleh RIA Novosti.
Tatiana Pichugina
