Količina gravitacije u svemiru znatno je veća od one koju bi mogla proizvesti sva poznata, vidljiva materija. Razlika nije neznatna, niti je posledica greške u merenju; ima je znatno više da naučnici pretpostavljaju postojanje nepoznatog izvora. Nazivaju ga tamnom materijom i procenjuju da je oko pet puta više od obične. Iako bi, prema postojećim tumačenjima, trebalo da se nalazi svuda oko nas, fizičari još ne znaju šta je ona, ni kako je načiniti. Nov naučni rad nudi moguć odgovor, prenosi Science Alert. Fizičari Stefan Evans i Ralf Šuchold iz Helmholc-centrum Drezden-Rosendorfa u Nemačkoj predlažu postupak koji se temelji na ubrzavanju atomskih jezgara. Ubrzano do izuzetno visokih energija u akceleratoru, ono bi moglo poremetiti kvantni vakuum i stvoriti parove aksiona, hipotetskih čestica koje se smatraju jednim od kandidata za tamnu materiju.
Aksioni su pretpostavljene čestice predložene pre gotovo pola stoleća, ali ne zbog tamne tvari. Izvorna svrha bila im je da reše zagonetku u kvantnoj hromodinamici (QCD), koja opisuje jaku nuklearnu silu što vezuje kvarkove u protonu i neutronu. Pomenuta pretpostavka predviđa određeno narušavanje simetrije koje se u prirodi ne opaža, a aksion je uveden kao mehanizam koji to objašnjava. Naknadno se pokazalo da bi svojstva aksiona mogla odgovarati česticama tamne tvari, što ih je učinilo dvostruko zanimljivijim za istraživanje. Prema kvantnoj teoriji polja, prazan prostor nije uistinu prazan. Kvantni vakuum ispunjen je pozadinskom aktivnošću, takozvanim vakuumskim fluktuacijama. Jedna od posledica toga jeste Kazimirov efekat: dva predmeta postavljena vrlo blizu jedan drugom mogu promeniti energiju vakuuma između sebe i tako stvoriti merljivu silu.
Evans i Šuchold primenjuju tu zamisao na aksionsko polje. U atomskom jezgru aksioni bi, ako postoje, trebalo da imaju manju masu nego izvan njega. To znači da atomsko jezgro menja svojstva aksionskog polja oko sebe. Ako se takvo jezgro naglo ubrza, poremećaj koji stvara u aksionskom polju može u njega ubrizgati energiju. Taj proces, poznat kao dinamički Kazimirov efekat, u stanju je da vakuumske fluktuacije pretvori u stvarne čestice. U ovom slučaju energija uložena u ubrzanje jezgra pretvorila bi se u par isprepletenih aksiona. Fizičari su dinamički Kazimirov efekat već eksperimentalno potvrdili stvaranjem fotona iz vakuuma.
Isti se proces može opisati i kroz Unruhov efekat. Prema toj hipotezi, posmatrač koji se ubrzava doživljava vakuum kao da je ispunjen toplotnom kupkom čestica. Iz perspektive ubrzanog jezgra, činilo bi se da je okružena mnoštvom aksiona i da se sudara s jednim od njih. Iz perspektive mirnog posmatrača u laboratoriji, taj događaj izgledao bi kao da je jezgro stvorilo par aksiona iz praznog prostora. Iako je ideja teorijska, autori smatraju da bi se mogla testirati postojećom tehnologijom. Predlažu korištenje takozvanih ultraperifernih sudara teških jona. U takvim eksperimentima atomska jezgra, poput olovnih ili zlatnih, ubrzavaju se gotovo do brzine svetlosti i prolaze vrlo blizu jedno drugog bez sudara. Njihova snažna elektromagnetska polja međusobno deluju i uzrokuju naglo ubrzanje, što je ključni uslov koji teorija zahteva. Eksperiment, ipak, nosi velike izazove. Verovatnoća stvaranja aksiona zavisi od njihove još nepoznate mase, a sama detekcija je izuzetno teška. Čak i ako nastanu, bilo bi ih potrebno zabeležiti pomoću vrlo osetljivih detektora, poput onih s tekućim ksenonom, i to samo ukoliko bi se čestica kretala u pravom smeru. Uprkos tome, naučni članak nudi nov eksperimentalni metod u dugogodišnjoj potrazi za tamnom materijom. Istraživanje je objavljeno u naučnom časopisu Physical Review D.
(Ilustracija EPA)
(Indeks)
