Tamna tvar, tajanstvena i nevidljiva materija, jedna je od najvećih zagonetki moderne astrofizike. Znanstvenici ne mogu izravno vidjeti ili detektirati tamnu tvar, ali njeno postojanje zaključuju iz načina na koji gravitacija djeluje u svemiru.
Tamna tvar, koja ne stupa u interakciju sa svjetlom ili elektromagnetskim poljima, još uvijek izaziva rasprave među znanstvenicima. Neki vjeruju da ona postoji, dok drugi misle da naše razumijevanje svemira treba temeljitu reviziju.
Sada su znanstvenici predložili novi način otkrivanja tamne tvari i istraživanja tamne energije: korištenjem 3D isprintanog vakuumskog sustava za zarobljavanje tamne tvari pomoću ultrahladnih litijevih atoma. Ako eksperiment uspije, mogao bi pružiti ključne uvide u tajne svemira i ubrzanje njegovog širenja.
KAKO FUNKCIONIRA ZAMKA ZA TAMNU TVAR
Tim znanstvenika s Fakulteta fizike Sveučilišta u Nottinghamu planira smanjiti gustoću plina pomoću vakuuma, a zatim dodati izuzetno hladne litijeve atome kako bi pokušali detektirati tamne zidove.
“Obična materija čini samo 5% svemira, dok su ostatak tamna tvar i tamna energija. Vidimo njihove učinke na svemir, ali ne znamo što su oni točno,” kaže profesorica Clare Burrage.
Jedan od načina na koji znanstvenici pokušavaju izmjeriti tamnu tvar je uvođenje čestice zvane skalarno polje. Tamna tvar može biti “nestala masa” u galaksijama, dok tamna energija može objasniti ubrzanje širenja svemira.
“Skalarna polja koja tražimo mogu biti ili tamna tvar ili tamna energija,” objašnjava Burrage. “Uvođenjem ultrahladnih atoma i ispitivanjem učinaka koje proizvode, možda ćemo moći objasniti zašto se širenje svemira ubrzava i ima li to ikakvih učinaka na Zemlju.”
Vakuumski sustav koji je tim osmislio temelji se na teorijama o svjetlosnim skalarnim poljima koja prolaze kroz fazne prijelaze ovisno o gustoći. Taj proces dovodi do stvaranja nevidljivih barijera, koje nazivamo “zidovima domena.”
“Kada se gustoća smanjuje, pojavljuju se defekti – slično kao kada voda zamrzava u led i stvara kristalnu strukturu,” objašnjava Burrage. “Nešto slično događa se u skalarnim poljima pri smanjenju gustoće.”
Iako se defekti ne mogu vidjeti golim okom, ako čestica prođe preko tih linija, njezina putanja može se promijeniti, što bi moglo ukazivati na postojanje tih polja.
“Ovi defekti su tamni zidovi i mogu dokazati teoriju skalarnih polja.”
HLAĐENJE ATOMA NA APSOLUTNU NULU
Kako bi otkrili defekte koje traže, tim je stvorio vakuum koji oponaša prijelaz iz guste u manje gustu okolinu. Litijevi atomi hlađeni pomoću laserskih fotona na temperature blizu apsolutne nule omogućit će postizanje kvantnih svojstava koja pomažu u preciznijoj analizi.
“3D isprintani vakuumski spremnici konstruirani su prema teoretskim izračunima tamnih zidova, što je stvorilo idealan oblik, strukturu i teksturu za zarobljavanje tamne tvari,” kaže Lucia Hackermueller, izvanredna profesorica na Fakultetu fizike Sveučilišta u Nottinghamu.
Što su tamni zidovi? Tamni zidovi su nevidljive barijere koje se formiraju unutar skalarnih polja pri smanjenju gustoće. Zbog tih barijera, čestice koje prolaze kroz njih mogu promijeniti svoju putanju.
Hackermueller, koja je predvodila dizajn eksperimenta, kaže da će uspješno zarobljavanje tamne tvari zahtijevati prolazak oblaka hladnih atoma kroz ove tamne zidove, što bi trebalo uzrokovati preusmjeravanje oblaka. Hackermueller uspoređuje ovaj proces s “usporavanjem slona pomoću snježnih gruda.”
Bez obzira na to hoće li tim dokazati postojanje tih nevidljivih barijera, njihov eksperiment predstavlja značajan korak prema boljem razumijevanju tamne energije i tamne tvari te pokazuje kako se dobro kontroliran laboratorijski eksperiment može dizajnirati za izravno mjerenje učinaka relevantnih za svemir.
Znanstveni rad, objavljen je 14. lipnja 2024. u časopisu Physical Review D.
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.
