Ciemnej materii nie potrafimy "zobaczyć", ale jej istnienie tłumaczy wiele zjawisk we wszechświecie, które inaczej byłyby nie do wyjaśnienia. W skrócie: za jej pomocą wytłumaczyliśmy sobie kilka rzeczy, które bez niej nie mają sensu (i możemy się w tym grubo mylić). Co jeśli ciemna materia jest dla nas "poza zasięgiem", bo po prostu jest "zbyt lekka". Albo — co gorsza — zbyt ciężka? Byłoby to ogromne zagrożenie dla fundamentów znanej nam nauki.
Gwiazdy poruszające się zbyt szybko, całe galaktyki podążające "ścieżkami" niemożliwymi według standardowych obliczeń oraz przyspieszająca ekspansja Wszechświata – to tylko kilka przykładów zjawisk, które wskazują na istnienie czegoś więcej niż tylko widzialna materia. Ustaliliśmy (drogą "konsensusu"), że istnieje ciemna materia, która oddziałuje grawitacyjnie z widzialnym dla nas otoczeniem i czyni ją to kluczowym składnikiem wszechświata, stanowiącym większość jego masy.
Dotychczasowe próby bezpośredniego wykrycia ciemnej materii koncentrowały się na określonym zakresie mas cząstek: od 10 do 1000 GeV (gigaelektronowoltów). Zakres ów pokrywa się z masami najcięższych znanych cząstek, co czyniło go logicznym punktem wyjścia dla naukowców. Niestety nic nie znaleźliśmy i... albo szukamy wśród cząstek zbyt ciężkich, albo są one zbyt lekkie. A to już większy problem.
Najświeższe badania (link do arXiv znajduje się tutaj) wskazują na pewną barierę w zakresie masy ciemnej materii. Ogromną rolę w tych analizach odgrywa bozon Higgsa: cząstka fundamentalna, która oddziałuje z niemal wszystkimi innymi cząstkami i nadaje im masę. Znamy też jego masę – około 125 GeV – i stąd naukowcy byli w stanie obliczyć, jak ewentualne oddziaływania z ciemną materią wpłynęłyby na tę wartość.
Gdyby masa cząstki ciemnej materii przekraczała kilka tysięcy GeV, jej wpływ na masę bozonu Higgsa byłby tak duży, że zakłóciłby całą strukturę Modelu Standardowego, wyłączając wiele podstawowych mechanizmów fizycznych. Innymi słowy, wszechświat, jaki znamy, nie mógłby istnieć w takiej formie, jak obecnie. A gdyby jednak stało się tak, że ciemna materia miała tak dużą masę? Mogłoby to oznaczać z drugiej strony, że model standardowy jest na pewnym poziomie wadliwy.
Czytaj również: „Ciemny Wielki Wybuch” może stać za ciemną materią
Badacze (pełni optymizmu) zwracają się ku hipotezom zakładającym, że ciemna materia może być dużo lżejsza, niż dotychczas zakładano. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się aksjony – ultralekkie cząstki, które teoretycznie mogą spełniać kryteria ustalone dla ciemnej materii. Modele zakładające ich istnienie są obecnie rozwijane, a eksperymenty dostosowywane do ich poszukiwania — w formie nieco subtelniejszych śladów.
Możliwe też, że ciemna materia wcale nie oddziałuje z bozonem Higgsa lub oddziaływania te zachodzą za pośrednictwem egzotycznych mechanizmów, których nie znamy i na które jeszcze "nie wpadliśmy". Naukowcy jednak — zgodnie z brzytwą Ockhama — coraz częściej stawiają na prostsze wyjaśnienia, które mogą być łatwiejsze do potwierdzenia eksperymentalnie.
Jeśli ograniczenia masy cząstek ciemnej materii zostaną potwierdzone, wpłynie to na sposób projektowania przyszłych eksperymentów. Naukowcy skoncentrują swoje wysiłki na poszukiwaniu cząstek o niższej masie, co przybliży nas do rozwiązania tej zagadki. Czyżby przełom miał odbyć się dosłownie za chwilę?
Odkrycie ciemnej materii zdecydowanie zmieni nasze spojrzenie na kosmos. Czy uda się to już wkrótce? Wysiłki w tym kierunku trwają cały czas — a jest się o co bić. Nic dziwnego, że badaczom tak mocno na tym zależy.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
