Kunne vi allerede have opdaget mørkt stof?
Det er spørgsmålet, der blev fremsat i en ny artikel, der blev offentliggjort 12. februar i Journal of Physics G. Forfatterne skitserede, hvordan mørkt stof kunne være lavet af en partikel kendt som d * (2380) hexaquark, som sandsynligvis blev opdaget i 2014.
Mørkt stof, der udøver gravitationskraft, men ikke udsender lys, er ikke noget nogensinde er blevet rørt eller set. Vi ved ikke, hvad det er lavet af, og utallige søgninger på tingene er kommet tomme. Men et overvældende flertal af fysikere er overbevist om, at det eksisterer. Beviserne er pudset overalt i universet: Klynger af stjerner, der spinder langt hurtigere end de ellers burde, mystiske lysforvrængninger over nattehimlen og endda huller, der er stanset i vores galakse af en usynlig påvirkning, peger på noget der er derude - der udgør mest af universets masse - som vi endnu ikke forstår.
De mest studerede teorier om mørkt stof involverer hele klasser af aldrig før set partikler fra langt uden for standardmodellen for fysik, den dominerende teori, der beskriver subatomære partikler. De fleste af disse passer ind i en af to kategorier: de lette aksioner og de tunge WIMP'er, eller svagt interagerende massive partikler. Der er andre, mere eksotiske teorier, der involverer endnu uopdagede arter af neutrinoer eller en teoretisk klasse af mikroskopiske sorte huller. Men sjældent foreslår nogen, at mørkt stof er lavet af noget, vi allerede ved, at det findes.
Mikhail Bashkanov og Daniel Watts, fysikere ved University of York i England, knækkede denne form og argumenterede for, at d * (2380) hexaquark, eller "d-star", kunne forklare al den manglende sag.
Kvarker er grundlæggende fysiske partikler i standardmodellen. Tre af dem bundet sammen (ved hjælp af partikler kendt som gluoner) kan fremstille en proton eller en neutron, at byggestenene til atomer. Arranger dem på andre måder, så får du forskellige, mere eksotiske partikler. D-stjernen er en positivt ladet, seks-kvark-partikel, som forskere mener eksisterede i et udsnit af et sekund under et 2014-eksperiment ved Tysklands Jülich Research Center. Fordi det var så flygtigt, er d-stjernedetektion ikke blevet bekræftet fuldstændigt.
Individuelle d-stjerner kunne ikke forklare mørk stof, fordi de ikke varer længe nok, før de henfalder. Bashkanov fortalte imidlertid Live Science, at partiklerne tidligt i universets historie måske var klumpet sammen på en måde, der ville have forhindret dem i at henfalde.
Dette scenarie forekommer med neutroner. Tag en neutron ud af en kerne, og den henfalder meget hurtigt, men bland den med andre neutroner og protoner inde i kernen, og den bliver stabil, sagde Bashkanov.
"Hexaquarks opfører sig på nøjagtig den samme måde," sagde Bashkanov.
Bashkanov og Watts teoretiserede, at grupper af d-stjerner kunne danne stoffer kendt som Bose-Einstein-kondensater eller BEC'er. I kvanteeksperimenter dannes BEC'er, når temperaturerne falder så lave, at atomer begynder at overlappe og blandes sammen, lidt som protonerne og neutronerne inde i atomer. Det er en stofstilstand, der er forskellig fra fast stof.
Tidligt i universets historie ville disse BEC'er have fanget gratis elektroner og dannet et neutralt ladet materiale. En neutralt ladet d-stjerne BEC, skrev fysikerne, ville opføre sig meget som mørk stof: usynlig, glide gennem lysende stof uden mærkbart at stødte det rundt, men alligevel udøve et betydeligt tyngdekraft på det omgivende univers.
Årsagen til at du ikke falder gennem en stol, når du sidder på den, er, at stolens elektroner skubber mod elektronens bagside og skaber en barriere for negative elektriske ladninger, der nægter at krydse stier. Under de rigtige forhold, sagde Bashkanov, ville BEC'er lavet af hexaquarks med fangede elektroner ikke have sådanne barrierer, og de glider gennem andre former for stof som perfekt neutrale spøgelser.
Disse BEC'er kunne have dannet sig kort efter Big Bang, da rummet overgik fra et hav af varmt quark-gluon-plasma uden tydelige atompartikler i vores moderne æra med partikler som protoner, neutroner og deres kusiner. I det øjeblik, hvor de basiske atompartikler dannedes, var betingelserne perfekte for hexaquark BEC'er til at udfælde fra quark-gluon-plasma.
"Før denne overgang er temperaturen for høj; efter den er densiteten for lav," sagde Bashkanov.
I denne overgangsperiode kunne kvarkerne have frosset ned i enten almindelige partikler, såsom protoner og neutroner, eller i hexaquark BEC'erne, der i dag kan udgøre mørkt stof, sagde Bashkanov. Hvis disse hexaquarks BEC'er er derude, skrev forskerne, kunne vi måske være i stand til at opdage dem. Selvom BEC'erne er ret langvarige, vil de lejlighedsvis forfalde omkring Jorden. Og det henfald ville dukke op som en bestemt signatur i detektorer designet til at få øje på kosmiske stråler og ser ud som om det kom fra alle retninger på en gang som om kilden fyldte hele rummet.
Det næste trin, skrev de, er at kigge efter den signatur.
