Fizicienii germani ar fi descoperit accidental materia întunecată încă din 2014
Este posibil să fi descoperit deja, experimental, misterioasa materie întunecată şi să nu ştim? Aceasta este întrebarea înaintată de o lucrare ştiinţifică publicată la 12 februarie în Journal of Physics G. Autorii acestei lucrări susţin că particula elementară de materie întunecată ar fi aşa-numitul hexaquarc d*(2380), ce ar fi fost deja detectat experimental în 2014, transmite luni Live Science .
Materia întunecată, care exercită atracţie gravitaţională dar nu emite lumină, rămâne un mister. Fizicienii nu ştiu din ce este compusă, iar numeroase experimente concepute pentru a o descoperi s-au încheiat fără succes. Însă chiar şi aşa, majoritatea covârşitoare a fizicienilor sunt convinşi că materia întunecată există. Dovezile indirecte ale existenţei ei sunt vizibile peste tot în Univers: roiuri de stele care se rotesc mai repede decât ar fi trebuit, distorsiuni misterioase ale luminii pe cerul nopţii şi chiar găuri făcute în Calea Lactee de un impactor nevăzut - toate acestea şi multe altele par să indice faptul că există ceva nevăzut şi neînţeles care ar reprezenta majoritatea materiei din Univers.
Cele mai populare teorii cu privire la materia întunecată implică clase întregi de particule teoretice, din afara Modelului Standard din fizică - teoria dominantă ce descrie particulele subatomice. Majoritatea acestora se înscriu în două mari categorii: axionii foarte uşori şi greii WIMP (weakly interacting massive particles). Există şi alte teorii, chiar şi mai exotice, ce implică tipuri de neutrini încă nedescoperite sau o clasă ipotetică de găuri negre microscopice.
Mikhail Bashkanov şi Daniel Watts, fizicieni la Universitatea din York, Anglia, sunt de părere că materia întunecată ar fi putut fi deja descoperită şi că particula fundamentală a acestui tip de materie este hexaquarcul d*(2380) sau, pe scurt, "d-star".
Quarcurile sunt particulele fizice fundamentale din Modelul Standard. Trei quarcuri unite între ele (prin intermediul unor particule denumite gluoni) pot forma un proton sau un neutron - particule din care se formează apoi atomii. Aranjarea acestor quarcuri în moduri diferite duce la obţinerea unor particule mult mai exotice. "D-star" are sarcină pozitivă şi este o particulă formată din şase quarcuri. Cercetătorii cred că au identificat această particulă, care a apărut pentru o fracţiune de secundă în timpul unui experiment desfăşurat în 2014 la Centrul de Cercetare Jülich din Germania. Dar, pentru că s-a descompus extrem de rapid, detecţia hexaquarcului d*(2380) nu a putut fi pe deplin confirmată.
Particulele individuale "d-star" nu pot explica materia întunecată pentru că se descompun mult prea repede. Însă, după cum a explicat Bashkanov pentru Live Science, la începuturile Universului, aceste particule ar fi putut să se grupeze între ele într-o manieră care le-a făcut să nu se mai descompună atât de rapid.
Acest scenariu se produce în cazul neutronilor. Dacă scoţi un neutron dintr-un nucleu atomic, se descompune foarte rapid, însă împreună cu alţi neutroni şi protoni din interiorul nucleului devine foarte stabil, conform lui Bashkanov.
"Hexaquarcurile se comportă exact la fel", a subliniat el.
Bashkanov şi Watts au avansat ipoteza că grupuri de astfel de hexaquarcuri ar putea forma substanţele cunoscute drept condensatele Bose-Einstein (BEC). În experimente cuantice, aceste condensate se formează atunci când temperatura scade atât de mult încât atomii încep să se suprapună şi se amestecă între ei, similar modului în care se comportă protonii şi neutronii în interiorul atomilor. Este vorba despre o stare a materiei diferită de cea solidă.
La începuturile Universului, astfel de substanţe BEC au preluat electroni liberi, formând un material neutru. Un condensat BEC "d-star" cu sarcină neutră, susţin cei doi fizicieni, s-ar comporta foarte similar materiei întunecate: invizibil dar cu o semnificativă forţă gravitaţională.
Motivul pentru care, spre exemplu, nu cădem prin scaun atunci când ne aşezăm este că electronii din scaun resping electronii din zona posterioară, generând o barieră de sarcini electrice negative care nu se pot intersecta. În condiţii optime, conform lui Bashkanov, substanţele BEC formate din hexaquarcuri cu electroni capturaţi nu se confruntă cu astfel de bariere şi pot trece prin orice formă de materie barionică la fel ca nişte fantome.
Astfel de condensate s-ar fi putut forma la scurt timp după Big Bang, pe măsură ce spaţiul a trecut de la o supă de plasmă quarc-gluonică, fără particule atomice distincte, în era "modernă" în care au apărut particule precum protonii, neutronii etc. În perioada în care s-au format aceste particule atomice de bază, condiţiile au fost perfecte pentru condensatul hexaquarc să se separe din plasama quarc-gluonică.
"Înainte de această tranziţie, temperatura era prea ridicată, iar după ea, densitatea este prea mică", conform lui Bashkanov.
În această perioadă de tranziţie, quarcurile ar fi putut să rămână fie în particule ordinare, aşa cum sunt protonii şi neutronii, fie în condensate BEC din hexaquarcuri, care în prezent ar putea fi materia întunecată.
Dacă această ipoteză este corectă, atunci materia întunecată va putea fi detectată experimental. Chiar dacă condensatele BEC sunt foarte stabile, din când în când se întâmplă ca acestea să se descomopună în apropierea Pământului. O astfel de descompunere ar fi vizibilă în detectoarele concepute să identifice radiaţiile cosmice şi ar părea că provine din toate direcţiile simultan, ca şi cum sursa sa ar ocupa întreg spaţiul. AGERPRES
