Jedna od najvećih zagonetki moderne kozmologije je priroda tamne tvari. Iako čini više od 85% mase svemira, nikada je nismo izravno promatrali, a njezin pravi sastav još uvijek ostaje nepoznanica.
Nedavno istraživanje objavljeno u časopisu Journal of Cosmology and Astroparticle Physics moglo bi donijeti preokret.Znanstvenici su otkrili tragove antitvari u kozmičkim zrakama, što bi moglo ukazivati na novu, dosad neviđenu klasu čestica, poznatih kao WIMP-ovi (Weakly Interacting Massive Particles, odnosno čestice koje slabo međudjeluju s običnom tvari i imaju veliku masu), koja bi mogla objasniti tamnu tvar.
Što otkriva antitvar?
Otkriće antitvari, osobito antihelija, u kozmičkim zrakama potaknulo je znanstvenike da ponovno razmotre WIMP-ove kao moguće objašnjenje tamne tvari. Te su čestice neuhvatljive, ali ako postoje, mogle bi biti ključ za razumijevanje sastava svemira.
“WIMP-ovi su desetljećima teorijski kandidati za tamnu tvar,” objašnjava Pedro De la Torre Luque, fizičar s Instituta za teorijsku fiziku u Madridu, “no još uvijek nema izravnog dokaza za njihovo postojanje.”
Prije nekoliko godina, činilo se da su WIMP-ovi rješenje za misterij tamne tvari. Znanstvenici su vjerovali da će, kad otkriju kako te čestice djeluju, brzo pronaći dokaze. Međutim, istraživanja su isključila mnoge kategorije WIMP-ova jer nisu uspjeli detektirati očekivane emisije. Iako njihovo postojanje nije u potpunosti isključeno, broj mogućih kandidata se znatno smanjio.
“Većina predloženih modela danas je odbačena, a samo nekolicina ih ostaje,” dodaje De la Torre Luque.
Nova nada
Nedavna otkrića iz AMS-02 eksperimenta ponovno su oživjela zanimanje za WIMP-ove. Alfa magnetski spektrometar (AMS-02), uređaj smješten na Međunarodnoj svemirskoj postaji, proučava kozmičke zrake i zabilježio je tragove antinukleusa—posebice antihelija—na mjestima gdje ih znanstvenici nisu očekivali.
Kako bismo razumjeli značaj ovog otkrića, potrebno je prvo razumjeti što je antitvar. Za razliku od obične tvari, antitvar se sastoji od čestica s obrnutim električnim nabojem. Primjerice, elektroni nose negativan naboj, dok pozitroni (njihovi antitvarni ekvivalenti) nose pozitivan naboj. Kada antitvar i tvar dođu u dodir, uništavaju se, oslobađajući energiju u obliku gama zraka.
Iako je antitvar rijetka u našem svemiru, dio nje datira još od Velikog praska, a nova antitvar neprestano nastaje kroz kozmičke događaje. To opažanje antitvari u kozmičkim zrakama čini iznimno značajnim. “Kada otkrijete antitvar poput antihelija na mjestima gdje očekujete vrlo malo, to ukazuje na nešto izvanredno,” kaže De la Torre Luque.
Antihelij otkriven pomoću AMS-02 mogao bi biti rezultat interakcije WIMP-ova. Prema teoriji, kada se sudare dvije WIMP čestice, one se međusobno uništavaju, stvarajući tvar i antitvar, što bi moglo objasniti povećanu razinu antihelija.
Testiranje teorije
Znanstvenici su usporedili WIMP modele s opažanjima antitvari i mnogi podaci odgovaraju teoriji. Međutim, prisutnost određenih izotopa, posebno antihelija-4, predstavlja izazov.
“Teoretski, kozmičke zrake mogu stvarati antitvar, ali očekivana količina antihelija iz takvih interakcija je izuzetno mala,” objašnjava De la Torre Luque. “Predviđali smo otkriti tek jedan slučaj antihelija svakih nekoliko desetljeća, no AMS-02 je zabilježio oko deset slučajeva—što je znatno iznad naših očekivanja.”
Ovi rezultati sugeriraju da bi WIMP-ovi mogli biti uzrok, ali objašnjenje za tako veliki broj težih izotopa, poput antihelija-4, ostaje izazovno. To bi moglo značiti da, osim WIMP-ova, možda postoje i još egzotičnije čestice u igri.
Budućnost istraživanja tamne tvari
Unatoč godinama neuspjeha, nedavna otkrića iz AMS-02 ponovo su oživjela hipotezu o WIMP-ovima. Ipak, put do konačnog dokaza daleko je jasan. Potrebni su precizniji podaci i poboljšane metode detekcije kako bi se potvrdilo postojanje WIMP-ova ili potencijalno otkrile potpuno nove klase čestica.
“Ova studija pokazuje da put prema razumijevanju tamne tvari još nije zatvoren, ali možda ćemo morati proširiti naše teorijske modele,” objašnjava De la Torre Luque. “Moguće je da ćemo otkriti novi ‘tamni sektor’ fizike, ispunjen još čudnijim česticama nego što smo do sada zamišljali.”
Put prema rješenju misterija tamne tvari daleko je od kraja, a svako novo otkriće nas približava otkrivanju skrivenih sastavnica svemira. Hoće li se WIMP-ovi pokazati ključem ili će se otkriti nove egzotične čestice, jedno je sigurno—svemir još uvijek skriva mnoge tajne koje čekaju da ih otkrijemo.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
