Jo pitkään on tiedetty maailmankaikkeuden sisältävän
valtavan määrän pimeää ainetta. Sitä ei kuitenkaan pystytä havaitsemaan
kovinkaan helposti, sillä sen ainoa tapa vuorovaikuttaa tavallisen aineen
kanssa on gravitaatio. Pimeä aine ei säteile sähkömagneettista säteilyä ja
yksittäisten hiukkasten löytäminen muutoinkin on vaikeaa. Viime aikoina
tutkijat ovat tutkineet sähkövarauksettomia hiukkasia joilla kuitenkin olisi sähköinen
tai magneettinen kenttä.
Nyt Vanderbiltin
yliopistossa työskentelevät professori Robert
Scherrer ja post-doc-tutkija Chiu Man Ho ovat julkaisseet Physics Letters B
-tiedejulkaisussa artikkelin, jossa he ehdottavat uutta teoriaa pimeälle
aineelle. Heidän mukaansa teoria on yksinkertainen ja kaikkein parasta siinä on
sen testattavuus.
Vuonna 1928 tunnettu fyysikko Paul Dirac ennusti fermionin
olemassa olon. Fermioneista tunnetuin on elektroni, mutta samaan hiukkasperheeseen
kuuluvat myös kvarkit, jotka ovat tavallisen aineen perushiukkasia. Noin
kymmenen vuotta myöhemmin italialainen tutkija Ettore Majorana ehdotti myös sähkövarauksetonta
fermionia hiukkasperheeseen.
Mielenkiintoista on, että samaan aikaan alettiin hiljalleen ymmärtää,
että maailmankaikkeudessa täytyy olla pimeää ainetta muodossa tai toisessa.
Yksittäisten tähtien nopeudet eivät olleet galakseissa sellaisia, jotka selittyisivät
näkyvän aineen keskittymisellä galaksissa. Sama ilmiö havaittiin myös galaksien
muodostamissa klustereissa, niistäkin tuntui puuttuvan ainetta.
Parikymmentä vuotta edellisten teorioiden jälkeen vuonna
1958 neuvostoliittolainen fyysikko Yakov Zel'dovich loi teorian
magneettikentästä, jolla ei ole magneettisia napoja. Hän nimesi kentän
anapoliksi ja se magneettikenttä muodostaa toruksen (donitsin muotoinen).
Myöhemmin hiukkasfyysikot ovat onnistuneet todistamaan anapolien olemassa olon
ja esimerkiksi cesium-133 ja ytterbium-174-atomeissa on tällainen magneettinen
rakenne.
Scherrer ja Ho laativat teoriansa näiden kahden
hiukkasteorian pohjalta, siten, että Majoranan neutraalin fermionin
magneettinen rakenne olisi anapolinen magneettikenttä. Tällaisen rakenteen
vuorovaikutus muun aineen kanssa riippuu hiukkasen nopeudesta: suurella nopeudella
vuorovaikutusala on suuri ja hitaasti liikkuvalla hiukkasella se on pieni.
Maailmankaikkeuden kuumassa alussa anapolisen aineen
hiukkasten nopeudet olivat suuria ja näin ollen vuorovaikutus voimakasta.
Tällöin suuri osa aineesta annihiloitui ja vain pieni osa selviytyi
nykypäivään. Nykyisin kylmässä maailmankaikkeudessa hiukkasten nopeudet ovat
pieniä ja vuorovaikutus heikkoa. Nykytilasta johtuen pimeää ainetta on vaikea
havaita tähtitieteellisin keinoin.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti