Könnten wir schon dunkle Materie entdeckt haben?
Das ist die Frage, die in einem neuen Artikel gestellt wurde, der am 12. Februar im Journal of Physics G veröffentlicht wurde. Die Autoren skizzierten, wie dunkle Materie aus einem Teilchen hergestellt werden kann, das als d * (2380) -Hexaquark bekannt ist und wahrscheinlich 2014 entdeckt wurde.
Dunkle Materie, die Anziehungskraft ausübt, aber kein Licht aussendet, ist nichts, was jemals jemand berührt oder gesehen hat. Wir wissen nicht, woraus es besteht, und unzählige Suchanfragen nach dem Zeug sind leer ausgefallen. Aber eine überwältigende Mehrheit der Physiker ist davon überzeugt, dass es sie gibt. Die Beweise sind im ganzen Universum verputzt: Sternhaufen drehen sich viel schneller als sonst, mysteriöse Lichtverzerrungen über den Nachthimmel und sogar Löcher, die von einem unsichtbaren Impaktor in unsere Galaxie geschlagen wurden, deuten darauf hin, dass etwas da draußen ist - das meiste davon von der Masse des Universums - das verstehen wir noch nicht.
Die am weitesten verbreiteten Theorien der Dunklen Materie umfassen ganze Klassen nie zuvor gesehener Teilchen von weit außerhalb des Standardmodells der Physik, der vorherrschenden Theorie, die subatomare Teilchen beschreibt. Die meisten davon passen in eine von zwei Kategorien: die leichten Axionen und die schweren WIMPs oder schwach wechselwirkende massive Partikel. Es gibt andere, exotischere Theorien, die noch unentdeckte Arten von Neutrinos oder eine theoretische Klasse mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher betreffen. Aber selten schlägt jemand vor, dass dunkle Materie aus etwas besteht, von dem wir bereits wissen, dass es existiert.
Mikhail Bashkanov und Daniel Watts, Physiker an der Universität von York in England, brachen diese Form und argumentierten, dass der Hexaquark d * (2380) oder "D-Stern" die gesamte fehlende Materie erklären könnte.
Quarks sind grundlegende physikalische Teilchen im Standardmodell. Drei von ihnen, die zusammengebunden sind (unter Verwendung von Teilchen, die als Gluonen bekannt sind), können ein Proton oder ein Neutron bilden, die Bausteine der Atome. Ordnen Sie sie auf andere Weise an und Sie erhalten andere, exotischere Partikel. Der D-Stern ist ein positiv geladenes Sechs-Quark-Teilchen, von dem Forscher glauben, dass es während eines Experiments 2014 im deutschen Forschungszentrum Jülich für den Bruchteil einer Sekunde existierte. Weil es so flüchtig war, wurde die Erkennung von D-Sternen nicht absolut bestätigt.
Einzelne D-Sterne konnten dunkle Materie nicht erklären, weil sie nicht lange genug halten, bevor sie verfallen. Bashkanov sagte jedoch zu Live Science, dass die Teilchen zu Beginn der Universumsgeschichte möglicherweise auf eine Weise zusammengeklumpt sind, die sie vor dem Verfall bewahrt hätte.
Dieses Szenario tritt bei Neutronen auf. Nehmen Sie ein Neutron aus einem Kern, und es zerfällt sehr schnell, aber mischen Sie es mit anderen Neutronen und Protonen im Kern, und es wird stabil, sagte Bashkanov.
"Hexaquarks verhalten sich genauso", sagte Bashkanov.
Bashkanov und Watts theoretisierten, dass Gruppen von D-Sternen Substanzen bilden könnten, die als Bose-Einstein-Kondensate oder BECs bekannt sind. In Quantenexperimenten bilden sich BECs, wenn die Temperaturen so niedrig sind, dass sich Atome überlappen und miteinander vermischen, ähnlich wie die Protonen und Neutronen in den Atomen. Es ist ein Zustand der Materie, der sich von der festen Materie unterscheidet.
Zu Beginn der Universumsgeschichte hätten diese BECs freie Elektronen eingefangen und ein neutral geladenes Material gebildet. Ein neutral geladener D-Stern-BEC, so schrieben die Physiker, würde sich ähnlich wie dunkle Materie verhalten: unsichtbar, durch leuchtende Materie rutschend, ohne sie merklich herumzustoßen, und dennoch eine erhebliche Anziehungskraft auf das umgebende Universum ausüben.
Der Grund, warum Sie beim Sitzen nicht durch einen Stuhl fallen, ist, dass die Elektronen des Stuhls gegen die Elektronen Ihres Rückens drücken und eine Barriere aus negativen elektrischen Ladungen bilden, die sich weigern, Wege zu kreuzen. Unter den richtigen Bedingungen, sagte Bashkanov, würden BECs aus Hexaquarks mit eingefangenen Elektronen keine solchen Barrieren haben und durch andere Arten von Materie wie perfekt neutrale Geister gleiten.
Diese BECs könnten sich kurz nach dem Urknall gebildet haben, als der Weltraum von einem Meer aus heißem Quark-Gluon-Plasma ohne ausgeprägte Atomteilchen in unsere moderne Ära mit Teilchen wie Protonen, Neutronen und ihren Cousins überging. Zu dem Zeitpunkt, als sich diese basischen Atompartikel bildeten, waren die Bedingungen perfekt, unter denen Hexaquark-BECs aus dem Quark-Gluon-Plasma ausfielen.
"Vor diesem Übergang ist die Temperatur zu hoch; danach ist die Dichte zu niedrig", sagte Bashkanov.
Während dieser Übergangszeit könnten die Quarks entweder zu gewöhnlichen Teilchen wie Protonen und Neutronen oder zu Hexaquark-BECs eingefroren sein, aus denen heute dunkle Materie bestehen könnte, sagte Bashkanov. Wenn diese Hexaquarks BECs da draußen sind, könnten die Forscher sie möglicherweise erkennen. Obwohl die BECs ziemlich langlebig sind, verfallen sie gelegentlich auf der Erde. Und dieser Zerfall würde sich als besondere Signatur in Detektoren zeigen, die kosmische Strahlen erkennen sollen, und so aussehen, als würde er aus allen Richtungen gleichzeitig kommen, als würde die Quelle den gesamten Raum ausfüllen.
Der nächste Schritt, so schrieben sie, besteht darin, nach dieser Unterschrift zu suchen.
