Nový kandidát: WIMPy jsou ze hry, pomůže temný monopól?  
Temná hmota je stále velice temná. Slabě interagující masivní částice WIMPy tvrdošíjně odolávají všem možným pokusům o objevení. Fyzici proto přesouvají své naděje do temného sektoru vesmíru. Mohly by temnou hmotou být temné monopóly? Podle nové studie je teoreticky možné je detekovat a snad by to bylo možné s technologií, která není od dnešní fyziky až tak vzdálená.
Simulace struktury vesmíru. Temná hmota modře. Kredit: Zarija Lukic/Lawrence Berkeley National Laboratory.
Simulace struktury vesmíru. Temná hmota modře. Kredit: Zarija Lukic/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Temná hmota, jak známo, není vidět. Společně s temnou energií nejspíš tvoří naprostou většinu vesmíru, o které stále nic pořádného nevíme. Pokud se vědci nepletou, tak se temná hmota projevuje nepřímo, svou gravitací. Jaká je ale pravá podstata temné hmoty, to je zatím ve hvězdách.

 

Mnozí věří, že temnou hmotu tvoří nějaké doposud neznámé částice. Dlouho byly mezi nejnadějnějšími kandidáty WIMPy neboli slabě interagující masivní částice. Jenomže, navzdory mnohaletému úsilí s celou řadou pozoruhodných experimentů ještě nikdo žádného WIMPa neviděl.


Teoretický fyzik John Terning z americké University of California, Davis souhlasí s tím, že prostě a jednoduše stále nevíme, co je temná hmota zač. Se svým kolegou Christopherem Verhaarenem  jsou přesvědčeni, že WIMPy jsou teď podle všeho prakticky ze hry. Společně se kloní spíše k modelu temné hmoty, který zahrnuje temný elektromagnetismus, včetně temných fotonů a dalších pozoruhodných částic.


Terning s Verhaarenem přihazují do velké hry o temnou hmotu další částici, takzvaný temný monopól (anglicky dark monopole), která podle nich interaguje s temnými fotony. V našem makroskopickém světe mají magnety dva póly, severní (N) a jižní (S). Monopól je částice, která funguje jako jeden z pólu magnetu. Přesněji řečeno, měla by fungovat. Monopóly předpovídá kvantová teorie, ale v experimentu je zatím ještě nikdo nikdy spolehlivě neviděl. Podle Terninga a Verhaarena by temné monopóly měly interagovat s temnými fotony a temnými elektrony stejně, jako to teorie předpovídá pro interakce fotonů a elektronů s monopóly.
Podle slavného fyzika Paula Diraca by elektron, který se pohybuje po kruhové dráze poblíž monopólu, měl projít změnou fáze ve své vlnové funkci. Tím by mělo dojít k takzvanému Aharonovovu-Bohmu jevu, který se projevuje specifickou interferencí.

Elektron je v takovém případě ovlivněný blízkým magnetickým polem, dokonce i když tímto polem přímo neprochází.

 

John Terning. Kredit: UC Davis.
John Terning. Kredit: UC Davis.

Terning a Verhaaren jsou přesvědčeni, že by s využitím Aharonovova-Bohmova jevu bylo možné detekovat temný monopól. S novým vysvětlením temné hmoty tedy nabízejí i nový postup, jak by temnou hmotu bylo možné konečně detekovat. Asi není nutné zdůrazňovat, že by se v tom okamžiku stali oba dva nesmrtelnými.

 

Aby temné monopóly bylo možné detekovat, tak by bylo nutné využít toho, že by Slunce mělo tyto částice excitovat a vysílat směrem k Zemi. Podle jejich představ by se temné monopóly měly pohybovat rychlostí asi tisíciny rychlosti světla. V takovém případě by k Zemi od Slunce dorazily vždy asi za měsíc pozemského času.

 

UC Davis, logo
UC Davis, logo

Háček je v tom, že bude nutné pozorovat posun ve fázi elektronů, který je extrémně nepatrný. Ještě více nepatrný, než jsou dnes detekované gravitační vlny. Zní to velmi obtížně, ne-li nemožně. Jak ale říká Terning, když fyzici poprvé navrhli design experimentu LIGO, tak tehdy neexistovala technologie, která by umožňovala jeho provoz. Jenomže technologicky pokrok se řítí jako splašený, takže kdo ví, třeba v jakžtakž dohledné době chytíme temné monopóly za pačesy.

Literatura
University of California, Davis 10. 6. 2019, arXiv:1906.00014.

Datum: 11.06.2019
Tisk článku

Související články:

Osvětlí nám temnou hmotu temné záření Slunce?     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2016)
Experiment PADME zahajuje lov temných fotonů     Autor: Stanislav Mihulka (04.09.2018)



Diskuze:

MACHO

Pavel K2,2019-06-12 21:16:21

Já tedy pořád tipuji (dle dostupných důkazů) na "neviditelné" baryony, neboli MACHOs. Podle mne to nové přehlídky oblohy tak do 10-20 let vyjasní. Hromady "malých" a středních černých děr, neutronové hvězdy, osamocené superjupitery a tak. Například o středních (desítky Ms) černých dírách nebyl ještě pár let zpátky žádný důkaz a teď je to nejčastější objekt, viditelný gravitačními vlnami.

Odpovědět


Re: MACHO

Alexandr Kostka,2019-06-13 09:12:45

OSsobně předpokláídám, že za 100 let se bude "temná" teorie vyučovat jako omyl. "Podívejte se, v co předkové věřili a to prosímpěkně po tom, co se zbavili dojmu, že je země placatá" Ovšem bylo díky ní provedeno obrovské množství měření a pozorování, která se určitš neztratí.

Odpovědět


Re: Re: MACHO

Roman Sobotka,2019-06-13 13:22:24

Nerekl bych, ze se jedna o 'temnou' teorii, jako o vedecky problem, a ten jako takovy nemuze byt omyl. Ono je jedno, jestli ten problem nazvete 'Problem 42', nebo 'Chybejici hmota galaxii', nebo 'Chyba ve vypoctu gravitace #1'. Problem to nemeni - pozorovani vesmiru fundamentalne nesouhlasi s ocekavanim, ktere je dane stavem poznani. A hleda se reseni. Jedno z moznosti je nalezeni hypoteticke chybejici hmoty (nedari se), druha moznost je nalezt reseni bez pridani hmoty (nedari se; a ne, ze by se lide nesnazili). S virou to nema moc spolecneho, nebo je to pouze nekoho osobni postoj. Neverit v temnou hmotu je take vira, a co kdo predpoklada, je uplne jedno. Muzeme tak leda doufat, ze se nejakeho reseni dozijeme. Ve vede to neni nic neobvykleho, problem se nejak pojmenuje, typicky podle urcite teorie (flogiston, neutrino, top-kvark), a pak se uvidi.

Odpovědět


Riešenie je pripustiť multivesmír

Anton Matejov,2019-06-14 06:06:36

... 'Chybejici hmota galaxii', nebo 'Chyba ve vypoctu gravitace #1'. Problem to nemeni - pozorovani vesmiru fundamentalne nesouhlasi s ocekavanim, ktere je dane stavem poznani. A hleda se reseni. Jedno z moznosti je nalezeni hypoteticke chybejici hmoty (nedari se), druha moznost je nalezt reseni bez pridani hmoty (nedari se; a ne, ze by se lide nesnazili). S virou to nema moc spolecneho, nebo je to pouze nekoho osobni postoj. Neverit v temnou hmotu je take vira, a co kdo predpoklada, je uplne jedno...

Problém je v tom, že väčšina súčasných teórii o vzniku vesmíru, nemajú zabudovaný predpoklad multivesmíru, predpokladajú iba jeden vesmír.
Teda za sto rokov sa môže vyučovať, že problémy tmavej hmoty a tmavej energii, rôzne kvantové paradoxy nás donútili začať pracovať s teóriami multivesmíru. Prijať ich ako základný predpoklad v teóriách nášho vesmíru.
Prečo by náš vesmír mal byť iba jeden? Náš vesmír podľa teórii jedného vesmíru a Bing-Bangu(Veľkého Tresku)...explodoval z nekonečne malého bodu, a ešte sa v súčasnosti rozpína zrýchlene (Tmava energia)? Neporušujeme týmito tvrdeniami základné zákony zachovania energie???
Podľa súčasnej teorii Bin-Bangu nevieme kde sa po Veľkom tresku stratila časť antihmoty. Ak by sa ale nestratila, nezmizla tvoril by dnešný vesmír väčšinou iba fotóny po anihilácii.

Podľa mojej hypotézy (nečítal som podobnú hypotézu, najblížšie teórie, ale tiež pripúšťajú multivesmír)
- Žijeme v zrazených vesmírov.
- Bin-Bang (Veľký tresk) je vlastne začiatok zrážky vesmírov.
- Existujú častice vesmíru1 a vesmíru2 ktoré spolu interagrujú. To je naša baryonická hmota.
- Existujú častice vesmíru1 a vesmíru2, ktoré spolu neinteragujú. To je tmava hmota.
- Tmava energia je vlastne energia zrážky vesmírov. Zrážka vesmírov nedosiahla ešte maximum, preto pozorujeme v súčasnosti zrýchlene rozpínanie našej baryonickej hmoty.
- Dualita hmoty je vlastne projektovanie častíc baryonickej hmoty raz v jednom vesmíre, inokedy v druhom vesmíre v určitej frekvencií. Dá sa potom lepšie pochopiť aj Haisenbergov princíp neurčitosti. (jeden zo základných termínov kvantovej mechaniky. Podľa tohto princípu isté dvojice pozorovateľných veličín (ako napr. poloha a hybnosť alebo čas a energia) nemôžu byť súčasne známe s vyššou presnosťou než aká je daná hornou hranicou vyjadrenou pomocou Planckovej konštanty. Čím presnejšie zmeriame jednu veličinu, tým nepresnejšie zmeriame druhú veličinu.)
- Ak sa naša baryonická hmota skladá z častíc vesmíru1 a vesmíru2, musí byť pre nás veľmi obtiažne zamerať častice vesmíru1 a vesmíru2 ktoré spolu neinteragujú. Môžeme ich cez baryonickú hmotu vlastne pozorovať, iba nepriamo, cez gravitačné účinky.
Ak pripustíme teórie multivesmíru, môžeme do nich hladko zakomponovať tmavú hmotu, tmavú energiu.
Kvantová teória, napríklad strún pracuje aj s desiatimi dimenziami.
V multivesmíru sa nájde dosť vysvetlení kde zmizla časť antihmoty.
V teóriach multivesmíru, môžeme nadviazať, na súčasnú teóriu bin-bangu (Veľkého tresku). Rozšíriť ju. Prestaviť si čo bolo pred veľkým treskom. Bez arogantných argumentácii, že pred veľkým treskom, nebol čas.
V teóríach multivesmírov nemáme tak výrazný problém s porušením zákonov zachovania energii pri Bin-Bangu, explózii nášho vesmíru, oproti teórii iba jedného vesmíru.

Odpovědět

monopol

Peter Somatz,2019-06-12 20:38:39

Co sa monopolov tyka, je nejaky dovod preco by to malo mat vlastnu casticu (resp. 2, kladnu a zapornu)? Beriem to tak, ze elektron v klude ma elektricke pole. Ked sa zacne pohybovat, tak cast toho elektrickeho pola detekujem ako magneticke pole, ale ked ja zrychlim na uroven toho elektronu, zase budem vidiet len elektricke pole. Cize emergentny jav.

Co sa tyka temnej hmoty, celkom zaujimavy je ten Farnes so zapornymi hmotnostami.
https://www.youtube.com/watch?v=0Mix9kQgfG8

Alebo mozno ze na vyriesenie zahady temnej hmoty bude treba temnu tekutinu (napr. kavu).
https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_fluid

Odpovědět


Re: monopol

Jiri Naxera,2019-06-13 22:36:17

Vím o dvou. Jedním z nich je symetrie Maxwellek - div B = 0 je dost umělý předpoklad založený jen na pozorování ;-) - stejně jako Váš pohyb el. pole vytváří magnetismus, tak pohyb mag. pole vytváří el. pole. Jediný rozdíl je že nám matička příroda nenadělila jediný monopól

Druhým argumentem je to, že z existence alespoň jednoho mag. monopólu by mělo zcela automaticky vyplývat kvantování elektrického náboje které pozorujeme (tam ten argument vypadá nějak jako monopól a el. náboj vedle sebe, nezáleží na vzdálenosti, interakce hejbe s fází vlny a aby vyšla po otočení o 360 stupňů fáze, musí být el náboj násobkem nějakého kvanta, tuším že se uvažoval Bohrův magneton ale fakt si to nepamatuju a knížky mám po stěhování pořád na půdě.

Odpovědět


Re: Re: monopol

Jiri Naxera,2019-06-13 22:40:54

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_monopole#Dirac.27s_quantization
nekecám ;-)

Odpovědět


Re: Re: monopol

Peter Somatz,2019-06-14 11:57:35

Ja som to povodne (asi chybne) chapal tak, ze magneticky monopol akoby 'tvori' magneticke pole - teda ze ono samo je polom magnetickych monopolov. Ale zrejme to bolo myslene tak, ze je to samostatna castica, ktora spontanne tvori okolo sebe mag. pole, rovnako elektron tvori el. pole. Aj ked je otazka, ci to nie je naopak, t.j. ze dane casopriestorove pole "pracuje" na tom, aby vytvorilo danu casticu, a ona sama je len akymsi okom v strede hurikanu ako to popisuje pan Ralský.

No ak to ma byt samostatna castica, tak na nu potom platia vsetky tie tvrde kriteria, aby prezila a nerozpadla sa, ako sa rozpadaju vsetky ostatne castice. Aj taky proton, ktory je vraj stabilny, sa podla SU(5) moze rozpadat. http://www-f1.ijs.si/~ziherl/Nisandzic11.pdf (s.20)
Alebo elektron na foton a neutrino. Takze je mozne, ze monopol je len 'nedostatkove zbozi' a neda sa tak lahko najst.

Odpovědět


Re: Re: Re: monopol

Jiri Naxera,2019-06-15 23:50:28

ad. ten první odstavec - naše nejlepší teorie - QFT (kvantová teorie pole) pracuje čistě s poli a interakcemi mezi nimi. Částice je z toho pohledu dost umělý konstrukt (ano, je tam operátor počtu částic, ale který jak ukázali pánové Unruh a Hawking se v zakřiveném prostoru nezachovává se změnou souřadnic), což je krásně vidět když se na ní kouknete v x a p reprezentacích, které jsou zcela rovnocené. V x popisujete částici jako bodovou a musíte určit její komplexní amplitudu ve všech bodech časoprostoru, v p jí naopak popisujete komplexní amplitudou v prosoru hybností.
(a mezi nimi je něco jako Fourierovka - pro představu si vemte jako 1D příklad který tu asi každý známe klasickou akustiku, kdy zvuk můžete popsat buď v časové oblasti jako reálný průběh f(t), nebo to proženete fourierem a máte komplexní spektrum jako f(f()

Tak v SU(5) se proton rozpadá protože může (má jak, nejsem odborník, ale existence X je IMHO nutná, v rámci SM to nemá jak proběhnout).
Magnetický monopól jako nositel magnetického náboje aby se rozpadl, tak buď by nějaký z jeho produktů musel něst mag. náboj (tohle ve skutečnosti platí třeba pro tauony - ty se poměrně rychle rozpadají obvykle na mion + mionové antineutrino + tauonové neutrino, nebo rovnou na elektron + tau neutrino + antielektron neutrino - a u elektronu to zůstane protože je to energeticky nejnižší stav se zachováním kvantových čísel - leptovoného a el. náboje)

Nebo by se musel mag. náboj nezachovávat a pak by byl Vesmír ještě zajímavější než je.

Odpovědět

Já jako laik to vidím trochu "jednodušeji"

Karel Ralský,2019-06-12 16:52:21

Představte si hurikán kdy uprostřed je "černá díra" a jeho okraje(mnohostěny řidšího prostoru jsou jasně vidět na okrajích kup galaxií) je také "klid" a "černá hmota(gravitační působení") je jen důsledek pádu hustšího do řidšího prostoru a to nejen na úrovni kup galaxií ale i pádu obyčejné hmoty z času do nečasu.

Odpovědět

Ekonomický potenciál

Tomáš Novák,2019-06-12 11:25:17

Má to do budoucna nějaké praktické využití a tím i ekonomický potenciál? :-)

Odpovědět


Re: Ekonomický potenciál

Richard Pálkováč,2019-06-12 15:54:36

V roku 1917 Einstein popísal stimulovanú emisiu. Malo to vtedy ekonomický potenciál ? Nikto nechápal načo by to bolo dobré, ale dnes by bez lasera bol náš svet iný.

Zatiaľ sa oficiálne nevie, čo je tmavá hmota (ja teda viem) , takže ťažko určiť možný ekonomický potenciál. Pokiaľ by ale bola tmavá hmota to, čo ja predpokladám, tak by sme jej princíp mohli využiť na gravitačnú komunikáciu s obyvateľmi vesmírov v iných dimenziách.

Odpovědět


Re: Ekonomický potenciál

Karel Ralský,2019-06-12 16:45:21

Ano má ale my jsme zatím kuřata co se vylíhla v budíku a snaží se pochopit jak to všechno funguje.

Odpovědět

Ak žijeme v simulácii,

Vladimír Bzdušek,2019-06-11 22:51:03

tak si z nás niekto robí peknú prdel. Sám by by som nevymyslel zlomyselnejšie veci ...

Odpovědět

To mi nesedi

Jiri Naxera,2019-06-11 17:38:10

Tak moment. Máme U(1) interakci = elektromagnetismus. V našem případě se nerealizují magnetické monopóly, ač by mohly, jen by se jedna z Maxwellek maličko změnila.
Jsou sice jisté náznaky, že by alespň jeden monopól mohl existovat (Feynman psal hezký argument tuším v Povaze fyzikálních zákonů, šlo o kvantování el. náboje) ale nikdo ho neviděl.

Každopádně mi nená jasné, jak se změní fáze vlnové funkce našeho elektronu v případě že se dostane do blízkosti monopólu úplně jiné U(1) interakce, když změna fáze by měla být pokud je mi známo úměrná _temnému_ náboji toho našeho normálního elektronu?

Odpovědět

Hm

Alexandr Kostka,2019-06-11 17:06:31

Neměl by "náhodou" být "monopól" velmi snadno detekovatelný? Při pohybu v jakémkoliv magnetickém poli musí být nenápadný jak mol na závěsu. Celé pátrání po temné hmotě mi spíš připomíná: Vařím odvar z mandragory. A následně: Aha, buřty s křenem.. Císařův pekař a Pekařův císař..

Odpovědět


Re: Hm

Jiri Naxera,2019-06-12 14:54:25

To je jinak řečeno to na co se snažím upozornit z druhého konce. Kromě gravitace známe tři interakce (neřeším elektroslabé sjednocení) a jejich kalibrační grupy a z nich:
elmag - U(1) - foton - el. náboj
slabá - SU(2) - W,W,Z - slabý isospin a slabý hypernáboj?
silná - SU(3) - 8 gluonů - barevný náboj
nově zavedený temný elmag je obvykle (originál jsem nečetl) další kopie elektromagnetismu (stejná kalibrační grupa, nejspíš rozdílná vazební konstanta, což je konstanta jemné struktury, rozdílný boson, rozdílný náboj)
temný elmag - U(1) - dark foton - dark el. náboj

pak ale normální elektromagnetismus reaguje jen s tím, co má elektrický náboj, zatímco temný elmag. vyžaduje temný náboj a měl by být pro naši hmotu (s nulovým temným nábojem) neviditelný úplně, stejně jako el. pole nevidí neutrální částice.

Asi to bude chtít najít a přečíst originál, nějakým způsobem tam musí narušit přesnou symetrii a obě interakce zmixovat. Ale pak je otázka proč to reaguje na monopóly a ne na zbytek.

Odpovědět

Michal Kytka,2019-06-11 13:15:19

Temnu hmotu a temnu energiu dokazu odhalit len temny fyzici. Nevieme o temnej hmote a energii nic. Teraz pribudne temny elektromagnetizmus, temne fotony uz len tych temnych fyzikov co to objasnia nam treba.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace