Από τι μπορεί να αποτελείται η σκοτεινή ύλη;

στις

Αν πάρουμε υπ’ όψιν και τη σκοτεινή ενέργεια η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 23% του περιεχομένου του σύμπαντος, η σκοτεινή ενέργεια (ή ενέργεια του κενού) το 73%, η μη φωτεινή ύλη όπως είναι τα νετρίνα το 0.1%, το διαγαλαξιακό αέριο το 3,6%, οι μεγάλες μαύρες τρύπες το 0.04%, ενώ η υπόλοιπη ορατή φωτεινή ύλη (άστρα, πλανήτες κλπ) μόλις το 0.4%. Τέλος η ακτινοβολία είναι μόλις το 0.005%. Δηλαδή τα κάθε είδους άτομα αποτελούν το 12% της συνολικής μάζας του Σύμπαντος.

Feature_DarkMatter

Υποθέτουμε ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από σωματίδια που «αισθάνονται» τη βαρύτητα αλλά δεν «αισθάνονται» τις πυρηνικές δυνάμεις ώστε να σχηματίσουν άτομα, ούτε είναι ηλεκτρικά φορτισμένα ώστε να δέχονται ηλεκτρικές δυνάμεις, ενώ είναι πιθανό να «αισθάνονται» τη λεγόμενη «ασθενή πυρηνική δύναμη», δηλαδή την τέταρτη από τις τέσσερις γνωστές σήμερα δυνάμεις της Φύσης. Για τον λόγο αυτόν τα υποθετικά αυτά σωματίδια αναφέρονται από τους επιστήμονες με το όνομα «WIMPs», που είναι το αρκτικόλεξο της ονομασίας «Weakly Interacting Massive Particles» (σωματίδια με μάζα τα οποία αλληλεπιδρούν μέσω της ασθενούς δύναμης).

Τα νετρίνα είναι ένα είδος WIMPs, αφού δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και επηρεάζονται μόνο από τη βαρυτική και την ασθενή πυρηνική δύναμη. Έτσι η μόνη «λογική» λύση που απομένει στο μυστήριο της ελλείπουσας μάζας του σύμπαντος είναι η ύπαρξη σωματιδίων που δεν έχουν ανιχνευθεί ως σήμερα.

Υπάρχει όμως μια πολύ εκπληκτική περίπτωση. Να μην υπάρχουν τελικά τέτοιου είδους σωματίδια που θα έχει πολύ σοβαρές συνέπειες στο οικοδόμημα της Φυσικής. Κι αυτό επειδή υπάρχουν περιορισμένες εναλλακτικές ερμηνείες του μυστηρίου της ελλείπουσας μάζας, οι οποίες δημιουργούν πολλά «χειρότερα» προβλήματα. 

Συγκεκριμένα, θα πρέπει να κάνουμε μία ή περισσότερες από τις παρακάτω υποθέσεις.

Είτε ότι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα δεν ισχύει για όλες τις αποστάσεις, είτε ότι η παγκόσμια σταθερά της έλξης να μην είναι σταθερά, είτε ότι ο χώρος αποτελείται από 10 διαστάσεις και, τέλος, ο χώρος να μην είναι συνεχής αλλά αποτελείται από τη συνένωση στοιχειωδών σωματιδίων χωροχρόνου.

Επίσης, η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγηθεί με την ύπαρξη κάποιων μυστηριωδών σωματιδίων, που λέγονται αξιόνια. Ορισμένοι φυσικοί ελπίζουν ότι τα αξιόνια θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια καλή ερμηνεία για την σκοτεινή ύλη, σωματίδια των οποίων η μάζα είναι τάξης μεγέθους μικρο-ηλεκτρονιοβόλτ (μeV).

Μια άλλη θεωρία δέχεται την ύπαρξη εντελώς διαφορετικών αξιόνιων, δηλαδή ένα είδος εξαιρετικά ελαφρών μποζονίων που απορρέουν από την θεωρία των χορδών. Εκτιμάται ότι η μάζα των υποψηφίων σωματιδίων σκοτεινής ύλης είναι m~10-22 eV ή 10−31GeV (γιγα-ηλεκτρονιοβολτ), μια μικροσκοπική μάζα σε σχέση με τα σωματίδια που αναζητούνται στον LHC. Το μήκος κύματος de Broglie είναι λ~1 kiloparsec ή 3200 έτη φωτός! Σωματίδια με τόσο μεγάλο μήκος κύματος προκαλούν νέα φαινόμενα και δεν είναι δυνατόν να ανιχνευτούν από επίγειους ανιχνευτές ή να παραχθούν σε επιταχυντές.

Καμία από τις παραπάνω εναλλακτικές ερμηνείες δεν ανήκει στο σήμερα γενικά αποδεκτό οικοδόμημα της Φυσικής. Η διευκρίνιση του ποια τελικά από τις ερμηνείες ισχύει, η ύπαρξη άγνωστων σωματιδίων ή η ανατροπή των γνωστών νόμων της Φυσικής, αποτελεί μια από τις σπουδαιότερες προκλήσεις της σύγχρονης επιστήμης.

Advertisements