Nu avem nevoie de dimensiuni suplimentare sau universuri paralele pentru a avea o realitate alternativă, suprapusă propriei noastre realități. Materia invizibilă este peste tot. De exemplu, luați neutrinii generați de Soare. Suntem în mod constant bombardați cu neutrini, dar trec direct prin noi. Aceștia împart același spațiu cu atomii noștri, dar nu interacționează aproape niciodată.
Din câte știm, neutrinii sunt particule solitare. Dar dacă există un întreg univers de particule care interacționează între ele, dar nu cu atomii obișnuiți? Aceasta este ideea din spatele "sectorului întunecat": un univers material teoretic coexistent, dar invizibil pentru detectoarele pe care le folosim pentru a studia particulele pe care le cunoaștem.
"Sectoarele întunecate" sunt, prin însăși definiția lor, construite din particule care nu interacționează puternic cu modelul standard. Modelul standard este ghidul fizicianului pentru cele 17 particule și forțe care alcătuiesc toată materia vizibilă. Explică modul în care se formează atomii și de ce Soarele strălucește. Dar nu poate explica forța gravitațională, dezechilibrul cosmic dintre materie și antimaterie sau tăria diferită a celor patru forțe ale naturii.
Universul invizibil al particulelor din "sectorul întunecat" nu poate rezolva toate aceste probleme. Dar cu siguranță ar ajuta.
Materia întunecată este un termen pe care fizicienii l-au inventat pentru a explica efectele gravitaționale bizare pe care le-au observat în cosmos. Lumina stelelor îndepărtate pare să se curbeze în jurul unor obiecte invizibile în timp ce traversează Universul, iar galaxiile se rotesc ca și cum ar avea de cinci ori mai multă masă decât poate explica materia vizibilă.
Chiar și lumina Universului timpuriu, păstrată în radiația cosmică de fond, pare să sugereze că există un eșafodaj invizibil pe care s-au format galaxiile.
Unele teorii sugerează că materia întunecată este formată din resturi cosmice, care adaugă masă Universului. Dar, după decenii de căutări, fizicienii încă nu au găsit materie întunecată într-un experiment de laborator.
Nu există niciun motiv special să ne așteptăm ca orice se întâmplă în "sectorul întunecat" trebuie să fie la fel de simplu ca modelele noastre. La urma urmei, știm că Universul nostru vizibilă este complex; fotonii, electronii, protonii, nucleele și neutrinii sunt toate importante pentru înțelegerea Universului. "Sectorul întunecat" ar putea fi un loc complicat, de asemenea.
Particula care ar putea constitui materia întunecată ar putea fi singura care a supraviețuit dintr-un set de particule întunecate. Ar putea fi chiar ceva de genul protonului, adică ar putea fi un grup de particule fundamentale care interacționează printr-o forță întunecată foarte puternică. Sau ar putea fi ceva de genul unui atom de hidrogen, adică un grup de particule care interacționează printr-o forță întunecată mai slabă.
Chiar dacă experimentele noastre nu pot vedea direct aceste particule de materie întunecată, poate că aceasta este sensibilă la alte tipuri de particule întunecate, cum ar fi fotonii întunecați sau particule întunecate cu "viață" foarte scurtă, care interacționează puternic cu bosonul Higgs.
Particula Higgs este una dintre cele simple modalități pentru ca particulele modelului standard să interacționeze cu "sectorul întunecat". Din ceea ce știu oamenii de știință, bosonul Higgs nu este pretențios. Poate interacționa foarte bine tot felul de particule masive, inclusiv cu cele invizibile pentru atomii obișnuiți.
Dacă bosonul Higgs interacționează cu particule masive din sectorul întunecat, oamenii de știință ar trebui să constate că proprietățile sale diferă ușor de predicțiile modelului standard. Cercetătorii de la Large Hadron Collider investighează proprietățile bosonului Higgs pentru a identifica ciudățenii neașteptate care ar putea deschide o poartă către o nouă fizică.
În același timp, oamenii de știință folosesc, de asemenea, LHC în încercarea de a detecta în mod direct particule din sectorul întunecat.
O teorie este că la temperaturi extrem de ridicate, materia întunecată și materia obișnuită nu sunt atât de diferite și se pot transforma dintr-una într-alta prin intermediul unei forțe întunecate. În Universul timpuriu fierbinte și dens este posibil ca acest fenomen să fie fost destul de comun.
Dar pe măsură ce Universul s-a extins și s-a răcit, această interacțiune a încetat, lăsând deoparte materia întunecată.
Coliziunile particulelor generate de LHC imită condițiile existente în Universul timpuriu și ar putea să "deblocheze" particulele sectorului întunecat. Dacă oamenii de știință sunt norocoși, ar putea chiar să detecteze particule ale sectorului întunecat care se metamorfozează în materie obișnuită, un eveniment care se poate materializa în datele experimentale ca niște particule care apar dintr-o dată fără a avea o sursă evidentă.
Dar există și câteva scenarii rezonabile în care orice interacțiune dintre sectorul întunecat și particulele din model standard este atât de slabă, încât nu poate surprinsă de aparatele noastre.
Aceste scenarii de "coșmar" sunt posibilități logice, iar în acest caz trebuie să ne gândim la modalități astrofizice și cosmologice de a căuta "amprentele" fizicii particulelor întunecate.
Chiar dacă sectorul întunecat este inaccesibil detectoarelor de particule, materia întunecată va fi întotdeauna vizibilă prin amprenta gravitațională pe care o lasă în cosmos.
Gravitația ne spune multe despre câtă materie întunecată este în Univers și despre tipurile de interacțiuni pe care particulele din sectorul întunecat le pot ori nu le pot avea. De exemplu, cercetările implicând undele gravitaționale ne vor da posibilitatea să privim înapoi în timp și să vedem cum arăta Universul nostru la energii extrem de mari și ar putea să dezvăluie mai multe despre această materie invizibilă care există în Univers.
Traducere şi adaptare după Voyage into the dark sector, scris de Sarah Charley, cu acordul editorului.
Articolul se bazează pe ideile fizicianului Jessie Shelton
