Pakar fizikal memburu tangan yang tidak kelihatan yang membentuk alam semesta kita dan galaksi di dalamnya telah menoleh ke arah gelap. Khususnya, satu pasukan mencari di belakang setiap batu kosmik untuk dipanggil foton gelap, yang dapat memancarkan sifat alam yang tidak diketahui sebelumnya.
Foton ini akan menengahi interaksi antara semua perkara biasa dan benda tidak kelihatan yang disebut perkara gelap.
Tetapi para saintis telah lama memahami bahawa alam semula jadi dilepaskan dan ditarik dan dihancurkan dan dikoyakkan oleh empat kuasa yang diketahui, jadi bagaimanakah kekuatan lain dapat tersembunyi dari kami selama ini? Keempat-empat angkatan yang diketahui ini merupakan asas bagi kewujudan kita setiap hari: angkatan nuklear yang kuat dan lemah, yang mengikat nukleus atom bersama-sama; kekerasan nuklear yang lemah dan berbisik lemah, yang mengawal kerosakan radioaktif dan ceramah kepada zarah subatom yang dipanggil neutrino; kuasa elektromagnetik yang berani dan terang, yang menguasai kehidupan kita; dan kuasa graviti halus, setakat yang paling lemah kuartet.
Menggunakan empat kuasa asas ini, ahli fizik dapat melukis potret dunia subatom dan makroskopik kita. Tiada interaksi yang tidak melibatkan salah satu daripada empat watak tersebut. Namun begitu, misteri masih berlimpah mengenai interaksi di alam semesta kita, terutama pada skala terbesar. Apabila kita mengezum ke skala galaksi dan seterusnya, sesuatu yang aneh terjadi, dan kita memberi nama yang gelap itu nama benda gelap.
Adakah bahan gelap mudah dan tidak luntur, atau adakah ia menyembunyikan sebilangan pasukan yang tidak diketahui dalam cengkamannya? Sekarang, sebuah pasukan fizik antarabangsa yang menggambarkan kerja mereka dalam talian dalam jurnal preprint arXiv, telah menggunakan dump data dari Large Hadron Collider - penghancur atom terbesar di dunia - untuk mencari kekuatan sedemikian. Buat masa ini, pencarian mereka telah muncul kosong - yang baik (semacam): Ini bermakna undang-undang fizik yang diketahui masih berlaku. Tetapi kita masih tidak dapat menjelaskan perkara gelap.
Hilang dalam kegelapan
Matlamat gelap adalah bentuk hipotesis perkara yang dikatakan menyumbang sekitar 80% dari jumlah jisim alam semesta. Ia agak besar. Kami tidak benar-benar tahu apa yang bertanggungjawab untuk semua perkara yang tidak dapat dilihat ini, tetapi kita tahu ia wujud, dan petunjuk terbesar kita ialah graviti. Dengan meneliti gerakan bintang-bintang dalam galaksi dan galaksi dalam kelompok, bersama-sama dengan evolusi struktur terbesar dalam alam semesta, para astronom hampir hampir menyimpulkan bahawa terdapat lebih daripada memenuhi galaksi mata.
Nama yang lebih baik untuk perkara gelap mungkin tidak dapat dilihat. Walaupun kita dapat menyimpulkannya dari pengaruh graviti (kerana tidak ada yang melarikan diri dari mata Albert Einstein), perkara gelap hanya tidak berinteraksi dengan cahaya. Kita tahu ini kerana jika perkara gelap tidak berinteraksi dengan cahaya (atau sekurang-kurangnya, jika ia berinteraksi dengan cahaya dengan cara yang biasa), kita akan melihat bahan misteri sekarang. Tetapi sejauh yang dapat kita katakan, perkara gelap - apa sahaja yang dia - tidak menyerap cahaya, mencerminkan cahaya, membiasakan cahaya, menyebarkan cahaya atau memancarkan cahaya. Untuk perkara gelap, cahaya adalah hanya persona non grata; ia mungkin juga tidak wujud.
Dan sebagainya terdapat peluang yang kukuh bahawa legiun zarah-zarah perkara gelap sedang mengalir melalui badan anda sekarang. Jisim gabungan aliran yang tidak berkesudahan ini dapat membentuk takdir galaksi melalui pengaruh gravitasi, tetapi ia melewati perkara normal tanpa menyeberang. Rude, saya tahu, tetapi itu perkara yang gelap untuk anda.
Membawa cahaya
Oleh kerana kita tidak tahu apa bahan gelap, kita bebas untuk membuat pelbagai senario, baik duniawi dan luar biasa. Gambar paling gelap mengenai perkara gelap mengatakan bahawa ia besar dan asas. Ya, ia membentuk sebahagian besar jisim alam semesta, tetapi ia hanya terdiri daripada zarah tunggal, sangat prolifik yang tidak melakukan apa-apa selain massa. Ini bermakna bahan itu boleh dibuat sendiri melalui graviti tetapi sebaliknya tidak pernah berinteraksi melalui mana-mana kuasa lain. Kita tidak akan pernah melihat sekejap perkara gelap melakukan apa-apa lagi.
Senario yang lebih menarik lebih menyeronokkan.
Apabila ahli teori bosan, mereka memasak idea-idea untuk perkara gelap, dan lebih penting lagi, bagaimana kita dapat mengesannya. Tahap seterusnya pada skala teori perkara gelap yang menarik mengatakan bahawa bahan tersebut kadang-kadang boleh bercakap dengan perkara biasa melalui daya nuklear yang lemah. Idea itu mendorong eksperimen dan pengesan perkara gelap di seluruh dunia hari ini.
Namun, senario itu mengandaikan terdapat hanya empat daya alam. Sekiranya benda gelap adalah zarah yang tidak dapat dilihat sebelum ini, maka ia sangat munasabah untuk dicadangkan (kerana kita tidak tahu sama ada kita betul atau tidak) bahawa ia dibungkus dengan alam semula jadi yang tidak diketahui - atau mungkin pasangan yang tahu ? Kekuatan yang berpotensi ini mungkin membiarkan perkara gelap hanya bercakap kepada perkara gelap, atau ia mungkin menjalin hubungan gelap dan tenaga gelap (yang kita juga tidak faham), atau ia mungkin membuka saluran komunikasi baru antara sektor-sektor biasa dan gelap alam semesta kita .
Kebangkitan foton gelap
Satu portal komunikasi yang dicadangkan antara alam cahaya dan gelap adalah sesuatu yang dipanggil foton gelap, analog dengan foton biasa (cahaya) dari daya elektromagnet. Kami tidak dapat melihat atau merasakan atau mencium foton gelap secara langsung, tetapi mereka mungkin bercampur dengan dunia kita. Dalam senario ini, benda gelap memancarkan foton gelap, yang merupakan zarah yang agak besar. Ini bermakna mereka mempunyai kesan ke atas hanya jarak pendek, agak tidak seperti rakan-rakan mereka yang memberi kesan cahaya. Tetapi sesekali, foton gelap boleh berinteraksi dengan foton biasa, mengubah tenaga dan lintasannya.
Ini akan menjadi peristiwa yang sangat jarang berlaku; jika tidak, kita akan melihat sesuatu yang funky berlaku dengan elektromagnetisme lama dahulu.
Jadi, walaupun dengan foton gelap, kita tidak akan dapat melihat perkara gelap secara langsung, tetapi kita dapat menghidupkan kewujudan foton gelap dengan memeriksa gumpalan interaksi elektromagnetik. Dalam sebahagian kecil daripada gundukan itu, foton gelap boleh "mencuri" tenaga dari foton biasa dengan berinteraksi dengannya.
Tetapi seperti yang saya katakan, kita perlu gobs interaksi. Ia hanya berlaku bahawa kami telah membina Mesin Gergasi Sains untuk menghasilkannya dengan tepat, jadi kami beruntung.
Dalam kertas arXiv, ahli fizik melaporkan hasil mereka selepas memeriksa data tiga tahun dari Super Proton Synchrotron, pemecut zarah terbesar kedua di CERN. Untuk eksperimen ini, saintis menghancurkan proton terhadap bersamaan subatom dari dinding bata dan memandang semua bahagian selepas itu.
Dalam bangkai itu, penyelidik mendapati elektron - banyak daripada mereka. Sepanjang tiga tahun, saintis mengira lebih 20 bilion elektron dengan tenaga melebihi 100 GeV. Kerana elektron dikenakan zarah dan suka berinteraksi antara satu sama lain, elektron tenaga tinggi dalam eksperimen ini juga melahirkan banyak foton. Jika foton gelap wujud, maka mereka kadang-kadang harus berinteraksi dengan dan mencuri tenaga dari salah satu foton biasa, suatu fenomena yang akan muncul dalam eksperimen sebagai kekurangan cahaya.
Pencarian ini untuk foton gelap datang kosong - semua foton biasa hadir dan dikira - tetapi itu tidak sepenuhnya menolak kewujudan foton gelap. Sebaliknya, ia meletakkan had pada sifat-sifat yang dibenarkan zarah-zarah ini. Sekiranya mereka wujud, mereka akan menjadi tenaga yang rendah (kurang daripada GeV, berdasarkan keputusan percubaan) dan hanya jarang berinteraksi dengan foton biasa.
Pencarian untuk foton gelap terus, bagaimanapun, dengan masa depan eksperimen yang ditetapkan ke rumah lebih jauh pada makhluk yang dicadangkan ini dari dunia subatomik.
Baca lebih lanjut: "Pencarian Matter dalam Peristiwa Hilang Enam Dengan NA64"
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah "Tanya Spaceman" dan "Radio Angkasa, "dan pengarang"Tempat Anda di Semesta."
