Mezinárodní vědecký projekt možná našel první částice, které jsou původcem záhadné temné hmoty. Zachycený signál je ale natolik zvláštní, že možná fyzici zachytili něco ještě podivnějšího.
Po temné hmotě pátrají fyzici už desítky let – ale zatím marně. Hlavně proto, že (pokud vůbec existuje) je neviditelná a téměř nereaguje s jinými částicemi. Vědci předpokládají, že existuje, díky pohybu kosmických těles – některá se totiž pohybují tak, jako by na ně působila neviditelná síla.
- Temná hmota či skrytá hmota nebo též skrytá látka je označení hypotetické formy hmoty, jejíž existence by vysvětlovala nesrovnalosti mezi některými skutečně pozorovanými a vypočítanými hodnotami z modelů.
- O povaze chybějící hmoty existuje množství teorií, většina z nich se shoduje na faktu, že ji lze ve vesmíru pozorovat jen díky jejímu gravitačnímu vlivu na okolní objekty tvořené běžnou „svítící“ hmotou, ale sama elektromagnetické záření neemituje. Odtud její označení temná hmota.
Všechna dosavadní pátrání byla marná, ale teď možná vědci poprvé na náznak důkazu o existenci temné hmoty narazili. Hned na úvod je ale nutné přiznat, že tyto důkazy nejsou ani zdaleka jednoznačné, ani všeobecně přijímané. Podle profesora Michala Malinského z Ústavu částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy je samotná studie, ve které experti možný objev popsali, velmi detailní a zároveň ve vysvětlování opatrná.
Experiment v podzemí
Nová analýza experimentu LUX-ZEPLIN (LZ) teď zaznamenala interakci jedné částice, kterou vědci jen velmi obtížně dokážou vysvětlit známými signály, jež by odpovídaly interakcím běžné hmoty. „Tento výsledek sice zatím nesplňuje statistické kritérium potřebné k prohlášení o objevu, představuje ale zatím nejpřesvědčivější náznak existence temné hmoty, jaký tento experiment dosud zaznamenal,“ uvedli autoři pokusu. „Je to jen jedna jediná interakce, což je určitá slabina – v takovýchto případech je třeba hledat dál a shromáždit více podobných signálů,“ uvedl pro vědeckou redakci ČT24 profesor Malinský.
- Lidé žijí v prostoru, který je tvořený hmotou – tedy atomy. Ty ale tvoří jen asi 4,6 procenta kosmu.
- Dalších 23 procent kosmu je tvořeno takzvanou temnou hmotou.
- A drtivá většina vesmíru je pro lidstvo zcela neviditelná, 72 procent z něj totiž tvoří takzvaná temná energie.
Fyzici po temné hmotě pátrají už celé roky, a to v několika experimentech. Ten zmíněný výše je ukrytý 1500 metrů pod zemí, konkrétně v nepoužívaném zlatém dole pod pohořím Black Hills v Jižní Dakotě. Skalní masa by měla místo ochránit před částicemi kosmického záření, které tam vědci nechtějí. Zařízení obsahuje masivní sedmitunovou nádrž naplněnou kapalným xenonem.
Tam experti očekávají, že by mohli zaznamenat srážku atomu xenonu s částicí temné hmoty. Předpokládají přitom, že se jedná o hypoteticky velmi hmotné částice, které ale skoro neinteragují s běžnou hmotou – přezdívá se jim WIMPs (těžké, slabě interagující částice). Název současně odkazuje na anglické slovo wimp, které v češtině znamená slaboch nebo padavka. WIMPs přitom nejsou jediným možným vysvětlením temné hmoty, doplňuje Malinský, pokládají se spíše za konzervativní možnost.
Výzkum, o němž teď vědci informovali, začal v březnu 2023 a skončil v dubnu následujícího roku. V datech za toto období fyzici hledali náznaky, že by s xenonem v nádrži reagovaly právě WIMPs. V předchozích experimentech, když pátrali po jejich teoreticky nejběžnějších projevech, nic nenašli. Proto nyní rozšířili rozsah možností, jak by WIMPs s hmotou mohly interagovat. A možná uspěli.
Záhada střídá záhadu
16. června 2023 zaznamenali výzkumníci interakci. Jenže byla podivně silná. Pokud by za ni měl být zodpovědný WIMP, pak by musel být mnohem silnější, než se předpokládá. To ale vůbec odhadovaným parametrům této částice neodpovídá, protože takto „energicky“ by se tato částice projevovat neměla. Ale přinejmenším v této (zatím jediné zaznamenané) události tomu tak bylo.
První, nejméně zajímavou a současně zatím nejpravděpodobnější možností je, že se jedná o detekci události (byť velmi vzácné), která má jiné, méně exotické vysvětlení. Podle Malinského takové vysvětlení není ani zdaleka vyloučené, protože i přes stínění se do nádrže nějaká částice může dostat. „Mohlo by jít například o interakci neutrina,“ konstatoval český fyzik.
Druhou možností je, že se opravdu podařilo zachytit WIMP, tedy částici temné hmoty. Ta se ale zjevně chová poněkud odlišně, než vědci předpokládali. Rozdíl v očekávané energii by se v takovém případě podle Malinského dal vysvětlit například tím, že se původní WIMP interakcí změnil v jinou částici. A ve hře stále zůstává i varianta, že senzory nezaznamenaly WIMP, ale nějakou jinou částici nebo fyzikální proces, který zatím věda nezná vůbec.
Otevřené dveře neznámé fyzice
Temná hmota je pro současnou vědu natolik důležitou otázkou, že výzkum bude samozřejmě pokračovat, a to nejen na detektoru LZ, ale také v několika dalších zařízeních, která k tomuto účelu fyzici vybudovali. Podle Malinského se budou znovu analyzovat dříve posbíraná data, která teď vědci mohou prozkoumat s ohledem na toto popsané pozorování. „Bude to běh na dlouhou trať, tyto výzkumy jsou velmi náročné,“ upozornil ale.
Fyzik zdůrazňuje, že tento možný objev – pokud se opravdu podaří existenci ‚WIMPs‘ prokázat – by znamenal obrovský posun v chápání temné hmoty. „Ta je pravděpodobně nejběžnější formou hmoty ve vesmíru, mnohem běžnější než ta, kterou známe. Poznání toho, co doopravdy tvoří náš svět, je zásadní,“ zdůraznil Malinský. A není to dle něj ani nutně jen věc, která by měla zajímat pouze částicové fyziky. „Vždy, když se otevřou nové dveře poznání, třeba tak zásadního, jako je temná hmota, mohou se současně otevřít možnosti, jaké si dnes ani nedokážeme představit,“ zakončil fyzik.
