Revolucionārā tumšās matērijas teorija8

Pirmais solis: supersimetrija.

Fiziķi cenšas uzzināt, vai daba ir supersimetriska. Supersimetrija nozīmē, ka starp matēriju un spēkiem eksistē simetrija. Katram elektrona un kvarka tipam eksistē attiecīgais smagais, supersimetriskais partneris. Supersimetriskās daļiņas tādā gadījumā ir radušās jau pēc Lielā Sprādziena. Ja dažas no tām ir izdzīvojušas līdz šodienai, tad tās varbūt tas, no kā tumšā matērija ir radīta.

Un gravitīno supersimetriskais partneris ir gravitons. Gravitons ir daļiņa, kā fiziķi tic, kas ir gravitācijas mijiedarbības nesējdaļiņa, līdzīgi kā fotons, gaismas daļiņa, kas ir elektromagnētiskā spēka nesējdaļiņa. Kamēr gravitoniem masas nav vispār, gravitīno tāda ir visai liela. Ja daba ir supersimetriska un gravitoni eksistē, tad gravitīno arī eksistē. Un vice versa. Tā ir tīrā matemātika. Bet ir neliels bet. Fiziķi nespēj demonstrēt attiecības starp gravitīno un gravitoniem, kamēr viņi nav spējuši apvienot visus dabas spēkus.

Otrais solis: dabas spēki

Viena no lielākajām lietām, ko fiziķi ilgojas izdarīt, ir apvienot visus dabas spēkus vienā vienotā teorijā. Pagājušā gadsimta vidū fiziķi atklāja, ka elektrība un magnētisms ir daļa no viena un tā paša dabas spēka. Šis spēks kopš tā laika tika nosaukts par elektromagnētismu.

Divi pārējie spēki ir stiprais kodolspēks un vājais kodolspēks. Vajā mijiedarbība izraisa radioaktivitāti. Stiprā mijiedarbība ir 10 miljardus reižu spēcīgāka par vājo un satur kopā neitronus un protonus. 70ajos gados elektromagnētisms tika apvienots ar stipro un vājo kodolspēku tajā, ko fiziķi sauc par standarta modeli.

Ceturtais dabas spēks ir gravitācija. Kautgan tas ir neizmērojami sāpīgi nokrist pa trepēm, tomēr šis ir vājākais pastāvošais spēks. Un vēl problēma ir tā, ka fiziķi vēl nav paspējuši apvienot gravitāciju ar pārējiem trim spēkiem. Dienā, kad fiziķiem radīsies vienota izpratne par visiem dabas spēkiem, tiks panākta unikāla izpratne par pasauli. Un šo viņi sauc par ToE teoriju (Theory of Everything) jeb “Teoriju par visu”. Lai apvienotu gravitāciju ar trim pārējiem spēkiem, tā ir jāsaprot kā kvantu teorija. Tas nozīmē, ka ir nepieciešama teorija, kurā gravitona daļiņa ir iekļaut atoma kodolā. Pašlaik zinātnieki meklē jaunas pazīmes par labu supersimetrijai un ToE teorijai. Gravitona atklāšana būtu milzīgs solis uz priekšu šajā virzienā.

Kā jau iepriekš nopratām, pētīt tumšo matēriju ir ārkārtīgi sarežģīti. Tas ir tāpēc, ka tumšajai matērijai vispār nav elektromagnētisku attiecību ar redzamajām daļiņām. Viens no tumšās matērijas piemēriem ir augstākminētais neitrīno. Bet diemžēl neitrīno veido ļoti mazu daļiņu no kopējā tumšās matērijas daudzuma.

Kaut gan novērot tumšo matēriju nav bijis iespējams, daži miljardi neitrīno izskrien cauri tavam ķermeni ik sekundi. To ātrums ir kaut kādā ziņā limitēts. Daļiņas kustas tik ātri, kā saules sistēma kustas apkārt galaktikai, vidēji 400 km/s.

Kad neeksistē elektromagnētiskas attiecības ar redzamajām daļiņām, daļiņas spēj izskriet mums cauri, ko nav iespējams konstatēt bez kādiem mērinstrumentiem. Un te savu lomu uzsāk supersimetrija. Ja tā tiešām ir, fiziķi spēj izskaidrot, kāpēc visumā ir tumšā matērija. Raklevs uzskata, ka tumšā matērija pārsvarā sastāv no gravitīno. Supersimetrija visu vienkāršo. Ja Teorija par visu eksistē, tad gravitīno eksistē. Gravitīno formējās uzreiz pēc Lielā Sprādziena. Īsu laiku pēc LS, bija tāda kā daļiņu zupa, kas sadūrās savā starpā. Gluoni, kas ir stiprā kodolspēka nesējdaļiņas, sadūrās ar citiem gluoniem un emitēja gravitīno. Daudzi gravitīno formējās pēc LS, kad visums vēl bija plazmas stāvoklī. Tātad tas ir paskaidrojums, kāpēc eksistē gravitīno.

Līdz šim fiziķi ir uztvēruši gravitīno kā problēmu. (Nabaga atstumtie gravitīno ) Viņi ticēja,ka supersimetrijas teorija nestrādā, jo gravitīno ir pārāk daudz. Un tad nu fiziķi centās patriekt gravitīno laukā no savām teorijām. Ja tumšā matērija nav stabila, bet vienkārši eksistē ļoti ilgi, ir iespējams izskaidrot, kā tā pastāv no gravitīno. Vecajos modeļos tumšā matērija vienmēr bija mūžīga. Tas nozīmē, ka gravitīno bija traucēklis supersimetrijas modelim. Jaunajā Rakleva modelī viņu dzīves ilgums vairs nav mūžīgs. Tomēr vidējais gravitīno mūžs ir ļoti lielas un ir lielāks par visuma mūžu.

Ir atšķirība starp mūžīgu dzīves ilgumu vai tādu, kas lielāks par 15 miljardiem gadu. Ar limitētu mūžu, gravitīno varētu tikt pārvērsti citās daļiņās. Un šis pārvēršanas efekts var tikt izmērīts. Tieši gravitīno konversija izskaidro modeli. Raklevs tic, ka gandrīz visa tumšā matērija ir gravitīno. Skaidrojums slēpjas ļoti sarežģītā matemātikā. Tiek radīti arī speciāli modeļi, kas izrēķinās šo teoriju konsekvences un varēs iepriekšnoteikt, kā daļiņas var novērot eksperimentos.

Zinātnieki pašlaik cenšas testēt eksperimentāli un izskaidrot, kāpēc šīs jaunās daļiņas vēl nav novērotas CERN eksperimentos Žēnēvā. No vienas puses, teorētiski ir novērot tās no kosmiskās zondes. Vieglākais veids, kā novērot gravitīno, ir studēt, kas notiek, ja divas daļiņas saduras tur ārā visumā un pārvēršas par jaunām daļiņām, kā fotoni vai antimatērija. Kaut gan saduršanās notiek ļoti reti, visumā ir tik daudz tumšās matērijas, ka būtu jārodas diezgan lielam fotonu daudzumam. Lielā problēma ir tā, ka gravitīno nesaduras. Vai arī tas notiek tik reti, ka to praktiski nav iespējams novērot.

Tomēr veiksmīgi ir tas, ka gravitīno nav 100% stabili. Kādā noteiktā punktā tie tiek pārvērsti par kaut ko citu. Un zinātnieki spēj paredzēt, kā izskatās šis signāls, pēc kura gravitīno ir pārvērtušies. Pēc šī procesa rodas neliels elektromagnētisks vilnis, kas tiek saukts par gamma staru. NASA's Fermi-LAT kosmiskā zonde pašlaik tieši mēra gamma starus. Un vairākas zinātnieku grupas analizē datus. Pašlaik novērots ir tikai troksnis, tomēr viena no zinātnieku grupām apgalvo, ka viņi esot novērojuši mazu, aizdomīgu gamma staru pārpalikumu no galaktikas centra. Viņu novērojumi iespējams atbilst gravitīno teorijas modelim.