Wir wissen, dass dunkle Materie existiert. Darüber hinaus wird es Wissenschaftlern schwer fallen zu erklären, was für die Gravitationseffekte verantwortlich ist, die sie routinemäßig bei der Arbeit im Kosmos sehen.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, ihre Existenz zu beweisen, indem sie Protonen im Large Hadron Collider zusammenschlagen. Leider haben diese Bemühungen keine konkreten Beweise geliefert.
Daher könnte es an der Zeit sein, dunkle Materie zu überdenken. Und die Physiker David M. Jacobs, Glenn D. Starkman und Bryan Lynn von der Case Western Reserve University haben eine Theorie, die genau das tut, auch wenn sie etwas seltsam klingt.
In ihrer neuen Studie argumentieren sie, dass anstelle von dunkler Materie, die aus unsichtbaren Elementarteilchen besteht und kein Licht und keine elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert, die Form von Materiestücken vorliegt, die sich in Bezug auf Masse und Größe stark unterscheiden.
Derzeit gibt es viele führende Kandidaten für die Frage, was dunkle Materie sein könnte, die von schwach wechselwirkenden massiven Partikeln (auch bekannt als WIMPs) bis zu Axionen reicht. Diese Kandidaten sind attraktiv, insbesondere WIMPs, da das Vorhandensein solcher Teilchen dazu beitragen könnte, die Supersymmetrietheorie zu bestätigen - was wiederum zu einer funktionierenden Theorie von allem (ToE) führen könnte.
Bisher wurden jedoch keine Beweise erhalten, die die Existenz von beidem endgültig belegen. Diese unsichtbare Masse scheint nicht nur notwendig zu sein, damit die Allgemeine Relativitätstheorie funktioniert, sondern scheint auch für die Entdeckung unsichtbar zu bleiben.
Laut Jacobs, Starkman und Lynn könnte dies darauf hinweisen, dass dunkle Materie im Bereich der normalen Materie existiert. Insbesondere berücksichtigen sie die Möglichkeit, dass dunkle Materie aus makroskopischen Objekten besteht, die sie als „Makros“ bezeichnen und die in Einheiten von Gramm bzw. Quadratzentimetern charakterisiert werden können.
Makros sind nicht nur signifikant größer als WIMPS und Axionen, sondern könnten möglicherweise aus Partikeln im Standardmodell der Teilchenphysik zusammengesetzt werden - wie Quarks und Leptonen aus dem frühen Universum - anstatt neue Physik zu benötigen, um ihre Existenz zu erklären. WIMPS und Axionen bleiben mögliche Kandidaten für dunkle Materie, aber Jacobs und Starkman argumentieren, dass es einen Grund gibt, woanders zu suchen.
"Die Möglichkeit, dass dunkle Materie makroskopisch ist und sogar aus dem Standardmodell hervorgeht, ist alt, aber aufregend", sagte Starkman dem Space Magazine per E-Mail. "Es ist die wirtschaftlichste Möglichkeit, und angesichts unseres bisherigen Versagens, Kandidaten für dunkle Materie in unseren Detektoren für dunkle Materie zu finden oder sie in unseren Beschleunigern herzustellen, verdient sie unsere erneute Aufmerksamkeit."
Nachdem die meisten gewöhnlichen Materien - einschließlich gescheiterter Jupiter, weißer Zwerge, Neutronensterne, stellarer Schwarzer Löcher, der Schwarzen Löcher in Galaxienzentren und Neutrinos mit viel Masse - als mögliche Kandidaten eliminiert worden waren, konzentrierten sich die Physiker als mögliche Kandidaten auf die Exoten.
Trotzdem sei Materie, die irgendwo zwischen gewöhnlich und exotisch lag - Verwandte von Neutronensternen oder großen Kernen - auf dem Tisch geblieben, sagte Starkman. "Wir sagen Verwandte, weil sie wahrscheinlich eine beträchtliche Beimischung von seltsamen Quarks haben, die in Beschleunigern hergestellt werden und normalerweise eine extrem kurze Lebensdauer haben", sagte er.
Obwohl seltsame Quarks sehr instabil sind, weist Starkman darauf hin, dass Neutronen auch sehr instabil sind. In Helium, das an stabile Protonen gebunden ist, bleiben Neutronen jedoch stabil.
"Das eröffnet die Möglichkeit, dass im frühen Universum stabile seltsame Kernmaterie hergestellt wurde und dunkle Materie nichts anderes ist als Stücke seltsamer Kernmaterie oder anderer gebundener Zustände von Quarks oder Baryonen, die selbst aus Quarks bestehen", sagte Starkman.
Eine solche dunkle Materie würde zum Standardmodell passen.
Dies ist vielleicht der attraktivste Aspekt der Makrotheorie: Die Vorstellung, dass dunkle Materie, von der unser kosmologisches Modell des Universums abhängt, ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Teilchen bewiesen werden kann.
Die Vorstellung, dass das Universum eher mit einer klobigen, unsichtbaren Masse als mit unzähligen unsichtbaren Teilchen gefüllt ist, lässt das Universum dennoch ein bisschen seltsamer erscheinen, nicht wahr?
