Na lovu za temno silo
Italijanski znanstveniki iščejo temni foton in peto naravno silo
Odpri galerijo
Hubble je med "naključnim" fotografiranjem, kot pri Nasi pravijo posnetkom, ki nastanejo v sicer zelo redkih trenutkih, ko teleskop ne izvaja daleč vnaprej načrtovanih opazovanj, posnel skrivnostno meglico IRAS 05437+2502. Kljub navidez neznanski količini snovi, ko se ozremo v kateri koli del neba, je to le štiri odstotke vsega, kar sestavlja vesolje. Temna sila bi utegnila biti ključ do spoznanja o preostalih 96 odstotkih.
Sredi meseca bodo na italijanskem nacionalnem inštitutu za jedrsko fiziko pri Rimu zagnali poskus, s katerim bodo iskali skrivnostno peto naravno silo. Možnosti za uspeh so morda res majhne, a če jim uspe, bo to gotovo eno največjih fizikalnih odkritij v zgodovini človeštva.
Znanstveniki poznajo štiri osnovne sile, elektromagnetno, močno in šibko jedrsko silo ter gravitacijo. Z njimi zadovoljivo opišejo pojave tako na kvantni kot na kozmični ravni, toda v resnici najboljše teorije, ki jih premorejo, pojasnijo le štiri odstotke vsega, kar nas obdaja. Preostali kozmos prežemata temna snov in še bolj skrivnostna temna energija, o katerih ne vemo ničesar, a sta ključni za razumevanje mehanizmov delovanja vesolja.
Instrument, ki so ga poimenovali Padme (positron annihilation into dark matter experiment, kar bi lahko prevedli v eksperiment pozitronskega izničenja v temno snov), bo zaznaval pojav ob trku antisnovnih delcev pozitronov v desetinko milimetra debel diamantni disk. Običajno se pozitron po trku izniči v kombinaciji z elektronom, pri čemer se sprosti sunek energije v obliki dveh fotonov. Če so ugibanja o peti sili pravilna, pa bodo nekateri od trkov elektrona in pozitrona poleg enega fotona sprostili še temni foton – potencialni nosilec temne elektromagnetne sile. Tega detektorji ne bodo zaznali, toda znanstveniki ga bodo lahko posredno dokazali v obliki manjkajoče energije.
Standardni model, ki opisuje zakonitosti kvantnega sveta, pušča odprta vrata za obstoj temnega fotona. Ta naj bi imel v nasprotju s svojim svetlim bratom, ki je brez mase, do 50-krat večjo maso od elektrona. »Če zares obstaja, bi bil temni foton lahko nekakšen portal, ki bi nam omogočil vpogled v temno vesolje. Ne bo odgrnil zavese, toda omogočil bi nam, da pokukamo v neznano,« je slikovito opisal fizik Bryan McKinnon z univerze v Glasgowu, kjer prav tako iščejo ta skrivnostni delec.
Da znanstveniki pri eksperimentu Padme niso osamljeni, sta nam potrdila tudi slovenska fizika Peter Križan in Miha Nemevšek. »Na širšem področju fizike osnovnih delcev gre za skoraj namizni eksperiment, kakršnih je kar precej. Imajo specifičen in ponavadi omejen doseg za dobro definirano iskanje. Dobra stvar je, da so razmeroma poceni, poleg tega ne bi bilo prvič, da bi tako prišli do pomembnega odkritja. Seveda bi bilo zelo zanimivo in presenetljivo, če bi kaj našli, še posebej če bi bilo odkritje povezano z diskrepanco meritve anomalnega magnetnega momenta miona,« je svoje videnje poskusa opisal Nemevšek z oddelka za teoretsko fiziko na IJS.
Križan, ki je član raziskovalne skupine pri detektorju Belle II v japonskem pospeševalniku KEK, je prav tako povedal, da je eksperimentov, pri katerih iščejo 'portal' v temni sektor, več, izvajajo jih tako v trkalniku v Cernu kot v Keku, pri vseh pa je princip enak: »Pri trkih navadnih delcev merijo procese, pri katerih so nastali delci temne snovi ali temni fotoni. O njihovi prisotnosti sklepajo iz tega, da na koncu ne zaznajo reakcijskih produktov oziroma manjka energija.«
Znanstveniki poznajo štiri osnovne sile, elektromagnetno, močno in šibko jedrsko silo ter gravitacijo. Z njimi zadovoljivo opišejo pojave tako na kvantni kot na kozmični ravni, toda v resnici najboljše teorije, ki jih premorejo, pojasnijo le štiri odstotke vsega, kar nas obdaja. Preostali kozmos prežemata temna snov in še bolj skrivnostna temna energija, o katerih ne vemo ničesar, a sta ključni za razumevanje mehanizmov delovanja vesolja.
Zanimivo je tisto, česar ne vidimo
Instrument, ki so ga poimenovali Padme (positron annihilation into dark matter experiment, kar bi lahko prevedli v eksperiment pozitronskega izničenja v temno snov), bo zaznaval pojav ob trku antisnovnih delcev pozitronov v desetinko milimetra debel diamantni disk. Običajno se pozitron po trku izniči v kombinaciji z elektronom, pri čemer se sprosti sunek energije v obliki dveh fotonov. Če so ugibanja o peti sili pravilna, pa bodo nekateri od trkov elektrona in pozitrona poleg enega fotona sprostili še temni foton – potencialni nosilec temne elektromagnetne sile. Tega detektorji ne bodo zaznali, toda znanstveniki ga bodo lahko posredno dokazali v obliki manjkajoče energije.
»Če zares obstaja, bi bil temni foton lahko nekakšen portal, ki bi nam omogočil vpogled v temno vesolje.«
Bryan McKinnon
Standardni model, ki opisuje zakonitosti kvantnega sveta, pušča odprta vrata za obstoj temnega fotona. Ta naj bi imel v nasprotju s svojim svetlim bratom, ki je brez mase, do 50-krat večjo maso od elektrona. »Če zares obstaja, bi bil temni foton lahko nekakšen portal, ki bi nam omogočil vpogled v temno vesolje. Ne bo odgrnil zavese, toda omogočil bi nam, da pokukamo v neznano,« je slikovito opisal fizik Bryan McKinnon z univerze v Glasgowu, kjer prav tako iščejo ta skrivnostni delec.
Pri Padmi niso edini
Da znanstveniki pri eksperimentu Padme niso osamljeni, sta nam potrdila tudi slovenska fizika Peter Križan in Miha Nemevšek. »Na širšem področju fizike osnovnih delcev gre za skoraj namizni eksperiment, kakršnih je kar precej. Imajo specifičen in ponavadi omejen doseg za dobro definirano iskanje. Dobra stvar je, da so razmeroma poceni, poleg tega ne bi bilo prvič, da bi tako prišli do pomembnega odkritja. Seveda bi bilo zelo zanimivo in presenetljivo, če bi kaj našli, še posebej če bi bilo odkritje povezano z diskrepanco meritve anomalnega magnetnega momenta miona,« je svoje videnje poskusa opisal Nemevšek z oddelka za teoretsko fiziko na IJS.
Križan, ki je član raziskovalne skupine pri detektorju Belle II v japonskem pospeševalniku KEK, je prav tako povedal, da je eksperimentov, pri katerih iščejo 'portal' v temni sektor, več, izvajajo jih tako v trkalniku v Cernu kot v Keku, pri vseh pa je princip enak: »Pri trkih navadnih delcev merijo procese, pri katerih so nastali delci temne snovi ali temni fotoni. O njihovi prisotnosti sklepajo iz tega, da na koncu ne zaznajo reakcijskih produktov oziroma manjka energija.«
