Ko pogledamo Vesolje z najmočnejšimi teleskopi, vidimo le del snovi, ki bi moral biti tam. Po rezultatih številnih opazovanj je na vsak gram navadne vidne snovi v vesolju vsaj pet gramov nevidne snovi, imenovane "temna snov". In kljub desetletjem truda znanstveniki še niso našli neposrednih znakov obstoja te temne snovi.
Dejstvo prisotnosti temne snovi je znanstvenikom znano zahvaljujoč preučevanju gravitacijskih sil jat galaksij in drugih supermasivnih vesoljskih objektov. Količina navadne snovi, iz katere so sestavljeni ti predmeti, ni dovolj za ustvarjanje gravitacijskih sil, ki bi te predmete lahko držale skupaj. To pa pomeni, da mora biti v globinah teh predmetov velika količina dodatne nevidne snovi, sestavljene iz osnovnih delcev novih vrst, ki jih znanstveniki še niso odkrili.
V naravi obstajajo štiri vrste temeljnih sil, s pomočjo katerih osnovni delci medsebojno delujejo in s svojim okoljem. Obstajajo sile močnih jedrskih interakcij, zaradi katerih se zadržijo delci, ki sestavljajo jedra atomov. Obstajajo sile šibkih jedrskih interakcij, ki sodelujejo v procesih razpada atomskih jeder. Obstajajo tudi sile elektromagnetizma, ki se pojavijo med delci, ki imajo električni naboj. In končno, še vedno obstajajo sile gravitacije. Da bi lahko neposredno opazovali snov, je potrebno, da lahko njeni delci medsebojno delujejo s pomočjo sil elektromagnetizma, saj to povzroči fotone svetlobe ali druge vrste sevanja, ki jih je mogoče zaznati s teleskopi ali drugimi znanstvenimi instrumenti.
Znanstveniki že imajo več kandidatov za položaj temne snovi, od katerih vsak na svoj edinstven način komunicira z zunanjim svetom. Vendar je verjetno, da so nekateri od teh kandidatov delci temne snovi. Spodaj pa vam bomo predstavili 5 najbolj verjetnih kandidatov.
1. WIMP
Široko delujoči masivni delci (WIMP) so hipotetični delci, ki se bistveno razlikujejo od delcev, ki jih poznamo. Ta razlika pojasnjuje, zakaj je takšne delce zelo težko ne le videti, ampak tudi registrirati s pomočjo posebej zasnovanih znanstvenih instrumentov. Po obstoječi teoriji vsak kvadratni centimeter površine na sekundo prebije 100 tisoč delcev WIMP, vendar so z okoliškim svetom sposobni komunicirati le s silami šibkih jedrskih interakcij in s silami gravitacije, kar zagotavlja njihovo izmuzljivo naravo.
Matematični modeli kažejo, da če delci WIMP obstajajo v resnici, bi morala biti njihova velikost vsaj petkrat večja od največjih delcev navadne snovi. Ti podatki sovpadajo z razmerjem med navadno in temno snovjo, ki so ga izračunali znanstveniki z uporabo nekaterih sekundarnih učinkov. Takšne delce je mogoče zaznati le v redkih trenutkih njihovega "čelnega" trka z jedri atomov navadne snovi, zaradi česar bodo nastali svetlobni fotoni. Zdaj se izvaja več poskusov, vključno z XENON100, katerega namen je registrirati takšna trčenja.
Promocijski video:
Treba je opozoriti, da so delci WIMP predmet raziskav, namenjenih preučevanju fizike, ki presega standardni model. Kljub temu je možnost obstoja teh delcev določena v standardnem modelu.
2. Aksioni
Aksioni so delci z majhno maso, ki se gibljejo z razmeroma majhno hitrostjo in so sposobni interakcije z drugimi delci le s pomočjo sil šibkih jedrskih interakcij. Zaradi tega jih je zelo težko zaznati, vendar ne izključuje popolnoma možnosti tega odkrivanja. Če aksioni obstajajo, bi se morali razkrojiti in oblikovati pare svetlobnih delcev, fotonov, ki pa jih je po drugi strani s pomočjo sodobnih tehnologij enostavno registrirati. Takšna iskanja aksionov trenutno izvaja več poskusov, med njimi Axion Dark Matter Experimentis.
3. MACHO
MACHO je kratica za "masiven astrofizičen kompakten halo objekt" in ti predmeti so najzgodnejši kandidati za položaj temne snovi. Za razliko od vseh vrst osnovnih delcev so predmeti MACHO kompaktni, a masivni kozmični predmeti, kot so nevtronske zvezde, rjavi in beli palčki, narejeni iz navadne snovi. So pa nevidni zaradi ene posebnosti - ne oddajajo svetlobe ali kakršne koli druge vrste sevanja.
Edini način za opazovanje predmetov MACHO je zaznavanje sprememb v svetlosti sijaja oddaljenih zvezd, tranzitna metoda, ki se uporablja za iskanje eksopanetov. Poleg tega je mogoče takšne predmete najti z učinkom gravitacijskih leč, vendar v celotnem obdobju raziskav znanstveniki niso prejeli zanesljive potrditve obstoja predmetov MACHO.
4. Delci Kaluza-Klein
Osnova Kaluza-Kleinove teorije je nevidna peta dimenzija, skrita v vesolju, ki dopolnjuje tri prostorske dimenzije, ki se jih dobro zavedamo, in čas. Ta teorija je bila temelj, na katerem temelji sedanja teorija strun, in določa možnost delcev, ki so lahko delci temne snovi. Po teoriji bi morali imeti delci Kaluza-Klein maso 440-600-kratno maso protonov, lahko vplivajo na okolje z uporabo sil elektromagnetizma in gravitacije. Vendar pa pri opazovanju vesolja znanstveniki teh delcev ne morejo videti, saj so skriti v globinah pete dodatne dimenzije.
Na srečo lahko takšne delce enostavno zaznamo eksperimentalno, ker se morajo razkrojiti in tvoriti nevtrine in fotone. In znanstveniki zdaj iščejo sledi tovrstnega razpada med poskusi na Velikem hadronskem trkalniku.
5. Gravitino
Teorije, ki so kombinacija Splošne relativnosti Alberta Einsteina in teorije supersimetrije, določajo možnost obstoja eksotičnega delca, imenovanega gravitino. Teorija supersimetrije, ki je ena najuspešnejših sodobnih teorij, ki razlaga številne pojave in nepravilnosti pri opazovanjih, določa, da imajo vsi delci bozona, vključno s fotonom, "supersimetričnega" partnerja. V primeru fotona se ta partner, ki se od originala razlikuje po vrsti kotnega momenta vrtenja, imenuje fotino. In graviton, hipotetični delec, ki določa gravitacijsko polje, ima super partnerja, imenovanega gravitino. Po nekaterih modelih so gravitinski delci zelo lahki in so zelo primerni kot kandidati za delce temne snovi z močnim gravitacijskim poljem.