Griūva astrofizikų pasaulis: tamsioji materija bus pasiųsta „velniop“? (Video)

Teoriškai tamsioji materija yra medžiaga, kuri sudaro 85 proc. visos materialiosios Visatos, tačiau su bet kokia kita medžiaga sąveikauja tik per gravitacinį poveikį ir niekaip kitaip.

Tyrimus su pačiais jautriausiais pasaulyje tamsiosios medžiagos detektoriais atliekantys mokslininkai skelbia, kad jiems šių dalelių užfiksuoti nepavyko. O tai verčia pradėti abejoti: ar tikrai tamsioji materija egzistuoja? Gal jau laikas imtis alternatyvių teorijų vystymo?

Naujausius nuviliančius rezultatus pateikė XENON1T eksperimentas, vykdomas Italijoje, Gran Sasso nacionalinėje laboratorijoje. Rezultatai nesuteikė jokių gerų žinių laukiantiems, kada galų gale bus aptiktos šios dalelės – tamsiosios slapukės. Tą pačią dieną savo rezultatus publikavo ir Kinijos mokslininkai – ir jų paieškos baigėsi tuščiomis rankomis. Vis dar besitęsiantys tyrimai, vykdomi kosminiais teleskopais ar požeminėse CERN laboratorijose taip pat negali pasigirti kokiomis nors dėmesio vertomis žiniomis.

Toks įrodymų badas verčia mokslininkus atsakymų ieškoti kitur.

„To, kaip veikia Visata, nesuprantame gilesniame, fundamentalesniame lygmenyje, nei dauguma mūsų norėtų pripažinti“, – sakė Keis Vestern rezervo universiteto (JAV) atrofizikas Stacy McGaugh.

Devintame dešimtmetyje fizikų bendruomenė priėmė teorinį tamsiosios medžiagos paaiškinimą kaip būdą pateisinti galaktikas, kurios, besisukdamos apie centrinę ašį dideliu greičiu, neišsitaško į aplinką. Mokslininkai nusprendė, kad galaktikas turėtų stabilizuoti kažkokia nematomos tamsiosios medžiagos aura, sukurianti gravitacinį efektą, neleidžiantį galaktikų pakraščio žvaigždėms pabėgti.

Įvairūs tamsiosios materijos modeliai sėkmingai prognozavo ir Didžiojo sprogimo paliktas fliuktuacijas, vadinamas mikrobangų kosminiu fonu, tad fizikai buvo praktiškai įsitikinę jos egzistavimu.

Tokie modeliavimų duomenys tapo pagrindine atrama devintame praėjusio amžiaus dešimtmetyje keliant teoriją kad tamsioji materija gali būti sudaryta iš silpnai sąveikaujančių masyvių dalelių (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP). Tokių dalelių egzistavimas puikiai derėjo ir su ligtoliniu fizikų suvokimu apie tai, kaip vystėsi Visata, ir su santykine materijos gausa. Be to, WIMP savybės turėjo atitikti tas, kurias prognozavo dalelių fizikos šaka, vadinama supersimetrija.

Paskutinis rezultatų rinkinys, panašu, paneigia paprasčiausias ir elegantiškiausias supersimetrijos teorijas ir verčia suabejoti idėjomis, kad tamsiąją materiją sudaro kažkokios vis dar neaptiktos dalelės. O jeigu paprastosios supersimetrijos teorijos atmetamos, tai, anot mokslininkų, visos WIMP dalelės su materija turėtų sąveikauti dar silpniau, nei fizikai manė iki šiol. „Tai nėra visiškas atsitraukimas nuo WIMP paradigmos, tačiau neabejotina, kad mąstymas keičiasi“, – sakė Fermi nacionalinės greitintuvo laboratorijos (JAV) fizikas Danas Hooperis.

Keičiasi ir pačių fizikų požiūris – jie su didėjančiu noru nagrinėja kitus galimus tamsiosios materijos paaiškinimus, teigia Prinstono universiteto (JAV) astrofizikas teoretikas Davidas Spergelis, anksčiau buvęs aistringu WIMP modelių šalininku. „Šie eksperimentai galimybių lango visiškai neuždarė. Tačiau mums taip pat reikia galvoti ir apie kitokius tamsiosios materijos tipus, apie kitokius eksperimentus“, – sakė mokslininkas.

Specializuoti jutikliai

Eksperimentinė įranga, gebanti užfiksuoti net ir pačias silpniausias WIMP dalelių sąveikas su įprastine materija, buvo konstruojama dešimtis metų. Ir tik pastarąjį dešimtmetė eksperimentai, atliekami daugiau nei dešimtyje skirtingų laboratorijų, pasiekė tokį jautrumą, kuris teoriškai turėjo būti pakankamas tamsiosios materijos dalelėms užfiksuoti. Pats jautriausias jutiklis pasaulyje yra Gran Sasso XENON1T, bandantis užfiksuoti šviesos žybsnius, susidarančius, kai tamsioji materija sąveikauja su atomais, esančiais 3,5 tonų ypatingai švaraus ksenono talpoje.

Po pirmosios eksperimentų serijos su XENON1T dirbantys mokslininkai neturėjo ką pranešti pasauliui. Nieko paguodžiančio nepranešė ir Kinijos „PandaX“ eksperimento, duomenis rinkusio daugiau nei dvejus metus, vykdytojai. Nesėkminga buvo ir kosminė WIMP dalelių medžioklė, tad blėsta viltys, kad kadaise NASA Fermi kosminio teleskopo užfiksuotas γ-spindulių signalas, atkeliavęs nuo galaktikos centro, buvo paskleistas tamsiosios materijos – panašu, kad tį signalą paprasčiau paaiškinti labiau įprastų šaltinių egzistavimu.

Apskritai iki šiol buvo publikuotas tik vienas pranešimas apie tamsiosios materijos aptikimą – jo autoriai yra DAMA kolektyvas, dirbantis Gran Sasso laboratorijoje, tačiau kadangi tokio prieštaringai vertinamo rezultato kitos laboratorijos atkartoti nesugebėjo, galima numanyti, kad rezultatas buvo klaidingas, nors rankos nenuleidžiamos ir vis dar bandoma atkartoti panašius rezultatus.

Jau dabar yra projektuojami ir statomi naujos kartos jutikliai, veikiantys tokiu pačiu principu, kaip ir XENON1T – jie bus reikalingi tam, kad fizikai arba galutinai uždarytų tamsiosios materijos egzistavimo WIMP pavidalu galimybės langą, arba patvirtintų esamas teorijas. Tačiau ligšiolinis nesugebėjimas užfiksuoti bent kažkokį signalą verčia fizikus būti atviresniais kitoms teorijoms, teigia D. Hooperis. Galbūt tamsioji materija yra sudaryta iš egzotiškų dalelių aksionų, kurios yra tarsi keisti, masyvūs fotonai. Teoretikai taip pat aiškinasi, ar negali būti taip, kad tamsioji materija apskritai niekaip neegzistuoja su žinomomis materijos formomis ir egzistuoja visatos „slaptame sektoriuje“, – sakė D. Hooperis.

Kita vertus, numatomas WIMP hipotezių paneigimas yra padrąsinimas fizikams, kurie jau ilgą laiką teigia, kad tamsioji materija apskritai yra pramanas, kurio prisireikė norint paaiškinti tai, ko mokslininkai nesugebėjo suprasti.

„Tikiuosi, kad žmonės taps dar atviresniais naujoms teorijoms“ – sakė S. McGaugh, pats tyrinėjęs įvairias gravitacijos teorijos versijas, kuriose apsieinama ir be tamsiosios materijos.

Tačiau D. Hooperis pabrėžia, kad mažėjantis įsitikinimas WIMP egzistavimu nesumažina tamsiosios materijos egzistavimo būtinybės ir mano,kad ji kažkada vis tiek bus užfiksuota.

„Per daug nesibaiminu galimybės, kad ji niekada nebus atrasta, tačiau gali būti, kad tai bus labai, labai sunku“, – sakė D. Hooperis.