Bahan yang tidak kelihatan meresap alam semesta, mengubah laluan bintang dan galaksi.
Perkara gelap yang disebut ini menarik tarikan graviti, tetapi tidak pernah berinteraksi dengan cahaya. Tiada siapa yang tahu apa yang dibuat dan ia mustahil untuk mengesan sehingga kini. Tetapi teori baru akhirnya boleh memberi jalan untuk menguji perkara gelap.
Perkara gelap mungkin terdiri daripada setengah magnet, ahli fizik teori dari University of California, Davis, berkata pada persembahan pada 6 Jun di persidangan Planck 2019 di Granada, Sepanyol. Dan dengan menghidupkan mikroskop elektron yang sangat kuat (belum pernah ada), kita akhirnya boleh mengesannya.
Tetapi tidak semua ahli fizik yakin.
"Saya rasa ia kemas, tetapi tidak begitu menjanjikan," kata Sabine Hossenfelder, rakan penyelidik di Institut Pengajian Tinggi Institut Frankfurt, yang bukan sebahagian daripada kajian itu. "Terdapat zarah tak terhingga yang boleh anda cipta yang mungkin membentuk masalah gelap." Ini hanya satu lagi dari mereka, tambahnya.
"Bagi setiap zarah-zarah ini, anda boleh melakukan banyak pengiraan, menerbitkan kertas kerja dan memikirkan percubaan, yang mana anda boleh cuba mendapatkan pembiayaan," katanya. "Jika anda benar-benar bernasib baik, seseorang akan melakukan percubaan anda - yang kemudiannya tidak akan menemui apa-apa."
Pencarian untuk perkara gelap
Walaupun teori meramalkan masalah gelap wujud, kita tidak tahu apa yang kelihatan atau apa yang dibuat. Untuk sementara waktu, ada "cerita yang indah" bahawa benda gelap terdiri daripada binatang berbulu, pemalu zarah yang dikenali sebagai Zarah Massive Weakly Interacting, atau WIMP, kata pengarang bersama kajian baru, John Terning, seorang profesor fizik di University of California, Davis.
Selama bertahun-tahun, para saintis mencari zarah-zarah yang lambat dan tidak berwasiah ini dengan menggunakan pemecut zarah yang berkuasa. Tetapi seiring dengan berlalunya masa, ahli fizik menolak lebih banyak calon WIMP- dan idea popular hilang daya tarikan. Walaupun tidak dikesampingkan sepenuhnya, "selama 10 tahun yang lalu, orang telah memikirkan kemungkinan lain selain daripada WIMP," kata Terning.
Teori lain mencadangkan bahawa materi gelap sebenarnya terdiri daripada zarah cahaya, atau foton.
"Sebagai tambahan kepada foton biasa yang boleh kita lihat, ada beberapa foton yang tidak dapat kita lihat," kata Terning. Ini yang dipanggil "foton gelap" adalah zarah hipotetikal yang mempunyai massa, tetapi lebih ringan daripada elektron. Photon gelap akan berinteraksi - walaupun agak lemah - dengan foton biasa.
Dalam kajian baru ini, Terning dan penyelidik pasca doktoralnya, Christopher Verhaaren membina teori ini, mencadangkan bahawa perkara gelap mungkin juga terdiri daripada setengah-magnet gelap. Ini setengah-magnet magnet hipotetis akan menjadi versi gelap monopole lama yang dicari, atau magnet yang hanya mempunyai kutub tunggal, yang ahli fizik Paul Dirac mula dicadangkan pada tahun 1930-an. (Walaupun berbilang tahun memburu, tiada siapa yang menemui apa-apa bukti untuk mereka dalam alam semula jadi.)
Dirac tidak hanya mencadangkan monopole, walaupun; beliau juga mencadangkan bahawa elektron bergerak di sekitar monopole akan dipengaruhi oleh medan magnetnya. Oleh itu, jika teori Terning dan Verhaaren adalah betul, dan versi gelap dari magnet ini mengintai di suatu tempat di alam semesta - dan jika mereka setengah-magnet gelap bertindak seperti monopole Dirac - mereka juga akan meninggalkan petunjuk halus dalam laluan elektron.
Jika monopole gelap wujud, mereka akan memancarkan foton gelap yang boleh diubah menjadi foton biasa sebelum diserap oleh elektron, kata Terning. Interaksi ini akan menyebabkan elektron berputar atau mengubah arah hanya sedikit, menghasilkan corak gangguan yang dipanggil kesan Aharonov-Bohm. (Elektron bukan hanya zarah, ia juga gelombang, dan corak gangguan adalah apa yang muncul apabila puncak dan lembah dalam "persamaan gelombang elektron" sama ada menambah atau membatalkan satu sama lain, mewujudkan satu siri cahaya selari dan garis gelap.) Terning dan Verhaaren mencadangkan bahawa mereka mungkin dapat mengesan perubahan sedikit ini dalam pola gangguan elektron menggunakan mikroskop elektron.
Teruja dengan matahari
Sekiranya benda gelap wujud, ia berada di dalam kita dan di sekeliling kita - termasuk di dalam dan di mana-mana mikroskop-rasuk elektron yang akan digunakan untuk mengesannya. Tetapi untuk mengesan masalah gelap menerusi pertentangan elektron, setengah magnet yang aneh yang membentuk bahan gelap perlu mempunyai medan magnet yang cukup kuat. Ini bermakna bahawa setengah magnet ini perlu mempunyai banyak tenaga.
Monopoli yang berlalu di dekat matahari boleh menjadi teruja, mendapatkan lebih banyak tenaga dan kemudian turun ke Bumi, kata Terning. Beliau meramalkan bahawa kira-kira lima monopole ini teruja sehari akan melalui sesuatu saiz mikroskop elektron-beam yang dicadangkan. "Itu tidak buruk kerana pengesan WIMP biasa akan gembira jika mereka mendapat lima acara setahun," katanya.
Di samping itu, perubahan dalam fasa elektron yang disebabkan oleh setengah-magnets gelap akan jadi sangat kecil, untuk mengesannya, kita memerlukan mikroskop elektron-rasuk elektron yang sangat tinggi - yang sekarang ada mungkin tidak cukup kuat . Mikroskop elektron ini perlu mempunyai resolusi yang lima kali lebih besar daripada yang wujud sekarang, kata Terning.
Dalam apa jua keadaan, kami berharap dapat "mendapatkan orang-orang ini dengan mikroskop elektron yang sangat mewah yang berminat untuk mencari ini" atau kami "mungkin perlu membina satu lagi hanya untuk duduk dan menunggu perkara gelap," kata Terning.
Teori-teori yang bersaing dengan pelbagai bahan gelap akan memberitahu kita cerita yang berbeza tentang bagaimana alam semesta awal terbentuk, katanya. Lebih-lebih lagi, apabila anda mengetahui apa bahan gelap yang sebenarnya dibuat - sama ada zarah yang ringan atau berat - orang mungkin dapat mewujudkan kilang-kilang gelap, macam-macam, di sini di Bumi. "Sekiranya ia sangat ringan, anda tidak perlu banyak tenaga untuk menghasilkan masalah gelap anda sendiri."
Para saintis menerbitkan kajian mereka ke jurnal pra arXiv. Ia belum lagi dikaji semula.
