Kaj sestavlja materijo, ki jo zaznavamo v vesolju?
Materija, ki nas obdaja, je sestavljena iz osnovnih gradnikov, kot so elektroni, protoni, nevtrini in kvarki. Ti delci so del standardnega modela fizike delcev, ki predstavlja trenutno najboljšo razlago za delovanje vesolja na najmanjših možnih ravneh, poroča Space.Com. Vendar ta model še zdaleč ni popoln. Obstajajo namreč hipotetični delci, ki bi lahko pojasnili številne skrivnosti vesolja, kot so temna snov, temna energija in nekatere anomalije v eksperimentih. Tukaj je podroben pregled petih najbolj zanimivih in nenavadnih kandidatov za delce, ki bi lahko igrali ključno vlogo pri razkrivanju teh skrivnosti.
Temni foton: skriti partner svetlobe
Fotoni so osnovni nosilci elektromagnetne sile in omogočajo delovanje številnih naravnih pojavov, od svetlobe do elektromagnetnega valovanja. Toda ali je foton edinstven? Hipoteza o obstoju temnega fotona temelji na domnevi, da obstaja vzporedni “temni sektor” vesolja. Ta sektor vključuje delce, ki so nevidni za naše običajne metode zaznavanja, vendar vplivajo na gravitacijsko ravnovesje vesolja.
Temni foton bi bil podoben običajnemu fotonu, vendar bi deloval le z delci temne snovi, ki predstavljajo približno 25 odstotkov celotne mase in energije vesolja. Temna energija, ki pospešuje širjenje vesolja, pa predstavlja kar 70 odstotkov vsega. Če obstajajo temni fotoni, bi lahko delovali kot posredniki za interakcije med temi skrivnostnimi sestavinami.
Kljub obsežnim raziskavam eksperimentalni poskusi še niso našli trdnih dokazov o obstoju temnih fotonov. Toda njihovo iskanje ostaja prednostna naloga, saj bi njihovo odkritje pomenilo preboj v razumevanju narave temne snovi in temne energije.
Curvaton: pomočnik inflacije
Zgodnje vesolje je bilo po teoriji kozmološke inflacije zaznamovano z dramatičnim širjenjem, ki je potekalo v delčku sekunde po velikem poku. Inflacija je postavila temelje za nastanek galaksij, zvezd in drugih struktur v vesolju. Za ta proces je bila odgovorna hipotetična snov, imenovana inflaton. Vendar ima teorija inflacije nekaj pomanjkljivosti, zaradi katerih znanstveniki iščejo alternative.
Ena izmed teh alternativ je curvaton, delec, ki bi lahko dopolnjeval vlogo inflatona. Namesto da bi inflaton opravljal vse delo pri ustvarjanju strukture vesolja, bi curvaton vstopil v kasnejši fazi in prevzel to nalogo. Ta pristop omogoča bolj naravne modele inflacije, ki ne zahtevajo natančnega prilagajanja začetnih pogojev.
Kljub obetavnosti ideje curvatona pa njegova uvedba uvaja dodatne kompleksnosti. Hipoteza o curvatonu namreč zahteva obstoj še enega hipotetičnega delca, kar lahko oteži preverljivost te teorije. Vendar pa raziskovanje curvatona ostaja pomembno, saj ponuja svež pogled na dinamiko zgodnjega vesolja.
Glueball: skrivnostna kombinacija gluonov
Gluoni so nosilci močne jedrske sile, ki drži kvarke skupaj v protonih in nevtronih. Toda gluoni so posebni, saj lahko medsebojno delujejo tudi sami. To odpira možnost obstoja delcev, imenovanih glueballi, ki so sestavljeni izključno iz gluonov.
Glueballi so fascinantni, ker so povsem drugačni od običajnih delcev, kot so protoni in nevtroni. Njihova življenjska doba je izjemno kratka, kar otežuje njihovo zaznavanje. Kljub temu so znanstveniki zasnovali poskuse, kot je GlueX, ki so posebej namenjeni iskanju glueballov. Čeprav jih še niso dokončno identificirali, so nekateri eksperimentalni rezultati obetavni.
Odkritje glueballov bi potrdilo predvideno kompleksnost močne jedrske sile in razširilo naše razumevanje kvantne kromodinamike, teorije, ki opisuje interakcije med kvarki in gluoni.
X17: nepojasnjena anomalija
Leta 2015 je madžarska raziskovalna skupina na inštitutu ATOMKI zaznala nepričakovano anomalijo med eksperimentom, namenjenim iskanju temnih fotonov. Pri preučevanju razpada jeder berilija-8 so znanstveniki opazili presežek parov elektronov in pozitronov, kar je nakazovalo na obstoj novega delca z maso 17 MeV, imenovanega X17.
Čeprav je ekipa zbrala trdne dokaze, ki kažejo na obstoj X17, širša znanstvena skupnost ostaja skeptična. Doslej še noben drug laboratorij ni uspel reproducirati teh rezultatov. Nekateri znanstveniki menijo, da je anomalijo mogoče pojasniti z eksperimentalno geometrijo, drugi pa vztrajajo, da gre za pomembno odkritje.
Ne glede na to, ali X17 obstaja ali ne, je ta primer pokazal, kako pomembno je natančno eksperimentalno delo in ponovna preverjanja v znanosti.
Preoni: še manjši gradniki?
Kvarki in leptoni veljajo za osnovne gradnike materije, vendar nekateri teoretiki domnevajo, da bi lahko bili tudi ti delci sestavljeni iz še manjših struktur, imenovanih preoni. Ta hipoteza bi lahko pojasnila nekatere podobnosti med različnimi delci, na primer med elektronom, mionom in pozitronom.
Kljub intenzivnemu eksperimentalnemu iskanju do zdaj ni bilo najdenih nobenih dokazov za preone. Kvarki in leptoni se še vedno obnašajo kot osnovni delci, ki jih ni mogoče razbiti na manjše sestavne dele. Kljub temu pa teorija preonov ostaja zanimiv koncept, ki spodbuja raziskave na področju fizike onkraj standardnega modela.
Portal24; Foto: Pixabay/Ebenezer42/fotografija je simbolna