Novým kandidátem na temnou hmotu je těžkotonážní supertěžké gravitino  
Jak detekovat extrémní částici, která proletí Zemí jako dělová koule hejnem patetických komárů? Použít celou planetu jako ultimátní paleodetektor částic. S takovým detektorem bychom mohli objevit supertěžká gravitina, pokud existují, a s nimi celou slavnou těžkou hmotu.
Bullet Cluster je považován za jeden z nejlepších důkazů existence temné hmoty. Kredit: NASA/CXC/M. Weiss.
Bullet Cluster je považován za jeden z nejlepších důkazů existence temné hmoty. Kredit: NASA/CXC/M. Weiss.

Ať děláme, co děláme, a že děláme dost šílené věci, podstatná část vesmíru zůstává v temnotách. Stále netušíme, co je temná hmota zač, o temné energii raději ani nemluvě. Fyzici ovšem nepřestávají pátrat v temnotách, i když se z hledání temné hmoty už dávno stala legendární výprava našeho věku. Komentátoři se vždy těší, jaká exotická částice či fyzikální jev se příště ocitnou v roli kandidáta na temnou hmotu a zažijí svých pět minut slávy.


A tentokrát je to pořádná exotika. Hermann Nicolai z německého institutu Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik v Potsdamu a jeho kolega Krzysztof Meissner z Varšavské univerzity se odvázali a jako kandidáta na temnou hmotu navrhují zatím zcela hypotetickou částici – supertěžké gravitino. Jde o dost neobvyklého kandidáta, i na poměry temné hmoty.


Nicolai s Meissnerem použili starší myšlenku nobelisty Murraye Gell-Manna, která vychází z teorie N=8 supergravitace, jedné z kvantových teorií pole. Jejich návrh zahrnuje nový typ symetrie, jehož cílem je vysvětlit pozorované spektrum známých kvarků a leptonů. Nová hypotéza nezavádí žádné nové částice běžné hmoty, takže není nutné vysvětlovat, proč jsme takové částice neobjevili na urychlovačích.

Hermann Nicolai. Kredit: Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.
Hermann Nicolai. Kredit: Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.

 

Lidé se obvykle domnívají, že temnou hmotu tvoří nějaké elementární částice, které je velmi obtížné detekovat, protože se s běžnou hmotou navzájem ovlivňují prakticky jenom gravitací. Nicolai a Meissner navrhli nového kandidáta na takovou částici. Její vlastnosti jsou ale velmi odlišné od tradičních kandidátů na temnou hmotu, jako jsou WIMPy nebo axiony. Nový kandidát se rovněž liší od velmi lehkých gravitin, která byla již několikrát navržena na temnou hmotu. Supertěžká gravitina Nicolaie a Meissnera by například měla interagovat s běžnou hmotou nejen gravitací, ale i silnou interakcí a elektromagnetickou silou.

 

Krzysztof Meissner. Kredit: Uniwersytet Warszawski.
Krzysztof Meissner. Kredit: Uniwersytet Warszawski.

Obrovská hmotnost supertěžkých gravitin znamená, že se musejí vyskytovat extrémně řídce. Jinak by se vesmír už dávno zhroutil do sebe. Aby supertěžká gravitina vysvětlila fenomén temné hmoty, tak by se v galaxiích mělo vyskytovat jedno takové gravitino na 10 tisíc kilometrů krychlových. Nicolai a Meissner navrhují, že by supertěžké gravitino mělo mít hmotu kolem stomiliontiny kilogramu. Pro srovnání, protony a neutrony jsou asi deset-milion-bilionkrát lehčí.


Pokud supertěžká gravitina existují, tak by se podle autorů hypotézy navzdory své extrémní vzácnosti mohla prozradit svými interakcemi prostřednictvím silné a elektromagnetické síly. Nebude to ale snadné. Pohybovala by se sice mnohem pomaleji než světlo, ale Zemí by proletěla bez většího úsilí, asi jako dělová koule hejnem komárů.


To vedlo Nicolaie a Meissnera k nápadu, že jako detektor supertěžkých gravitin použijí celou planetu Zemi. Z jejich pohledu je to vlastně paleo-detektor, který krouží na oběžné dráze kolem Slunce nějakých 4,5 miliardy let. Během té doby by Zemi zasáhla spousta supertěžkých gravitin. Po jejich průletu by měly v horninách zůstat dlouhé a rovně ionizační stopy. Badatelé ovšem přiznávají, že takové stopy nebude snadné rozlišit od stopy již známých elementárních částic. Supertěžká gravitina jsou sice hodně nestandardním kandidátem na temnou hmotu a jejich šance nejsou právě valné, ale vzhledem ke svým vlastnostem si určitě zaslouží naše sympatie.

Video: Hermann Nicolai -Maximal Supergravity and Beyond

 


Video:  General Einstein theory of relativity | Krzysztof Meissner | TEDxMarszałkowska


Literatura
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik 21. 8. 2019.

Datum: 23.08.2019
Tisk článku

Čtyřprocentní vesmír - Panek Richard
 
 
cena původní: 388 Kč
cena: 326 Kč
Čtyřprocentní vesmír
Panek Richard
Související články:

Mají temnou hmotu na svědomí gravitina?     Autor: Stanislav Mihulka (24.01.2013)
Temná Pětka: Kdo se drží v čele kandidátů na temnou hmotu?     Autor: Stanislav Mihulka (19.12.2015)
Podle nových pozorování temná hmota skutečně … existuje     Autor: Stanislav Mihulka (01.05.2019)
Mohla by být temná hmota starší než samotný Velký třesk?     Autor: Stanislav Mihulka (09.08.2019)



Diskuze:

Zhmotnění gravitační potenciální energie

O Dvořák,2019-09-03 15:38:51

Energie, hmota a prostor

Hmota zakřivuje prostor, vytváří oblast pozměněného prostoru. Zakřivení prostoru vyžaduje energii, je energetickou kvantitou. Představme si hmotný objekt v prostoru, který je tímto objektem zakřiven. Odhlédněme nyní od onoho hmotného objektu a soustřeďme se pouze na ono zakřivení. Toto zakřivení má určitou energii, je energetickou kvantitou, kterou pro zjednodušení nebudeme vyjadřovat pomocí hmoty, ale zůstaneme u prostého E. Je to množství energie.

Setkají-li se dvě takové oblasti a překrývají-li se, vzniká jev přibližování hmotných objektů, které jsou uprostřed těchto oblastí. K tomuto přibližování je třeba určité energie, setrvačnost nehybného tělesa je potřeba něčím překonat, a zdroj síly pro toto přiblížení, pro překonání setrvačné síly stacionárního tělesa je průnik dvou gravitačních polí. Z tohoto průniku energie prostorového gravitačního pole odchází a přeměňuje se na energii prostorového vektoru pohybu obou těles směrem k sobě.

Vznikne-li prostorový průnik dvou gravitačních polí, energie je automaticky transformována na vektor pohybu, tělesa uprostřed gravitačních polí jsou uvedena do pohybu. Tímto pohybem se spouští pozitivní zpětná vazba, kdy vstřícný pohyb těles znamená zvětšení objemu prostorového průniku gravitačních polí a automatické přeměny prostorové energie gravitačního pole na energii s prostorovým vektorem směřujícím vzájemně ke středu druhého gravitačního pole. Tato pozitivní zpětná vazba znamenající trvalou a narůstající přeměnu prostorové energie gravitačního pole na energii působící na hmotné těleso uprostřed gravitačního pole v jednom prostorovém vektoru je akcelerována sama sebou. Vzniká to, co je známo jako gravitační zrychlení. Gravitace je zrychlení, jelikož jde o trvalou pozitivní zpětnou vazbou posilující transformaci energie pole na energii vektoru. Toto zrychlení, tato transformace zůstává zachována i tehdy, jestliže se dvě tělesa setkají a vzájemný pohyb ustane. Průnik gravitačních polí okolo těchto objektů je transformován na energii vzájemných směrových tíhových vektorů. Energie pro tuto trvalou sílu má původ v prostorovém průniku gravitačních polí, a je přeměněnou energií těchto polí, bez definovaného vektoru, na energii s definovaným směrovým vektorem.

Podstatné je nyní si uvědomit, že energie, která byla původně součástí gravitačního pole, je nyní přeměněna na energii s jedním prostorovým vektorem, a tato energie je aktivní.

Energie nemůže být zároveň na dvou místech, nemnoží se, transformuje se a přemisťuje. Proto jestliže je energie gravitačního pole přeměněna na energii prostorového vektoru, není obsažena v prostorovém průniku dvou gravitačních polí. Energie tohoto průniku není prostým dvojnásobkem, či součtem oblastí, které průnik tvoří, je nižší o energii tíhových vektorů.

Prostor, hmota a hmotnost

Hmotnost definujeme množstvím hmoty, a zakřivení prostoru hmotností. Zakřivení prostoru je energie prostoru, o které jsme si řekli, že jí v průniku gravitačních polí ubývá, jelikož je přeměněna na energii prostorového vektoru gravitačního zrychlení. Energie gravitačního pole dvou blízkých těles je proto nižší, jelikož průniky gravitačních polí jsou transformovány na sílu, energii působící na těleso ve směru jednoho prostorového vektoru, než součet energií gravitačních polí dvou těles od sebe vzdálených, bez prostorového průniku (představme si nekonečně vzdálená tělesa). Energie gravitačního pole soustavy dvou blízkých těles je rovna energii dvou gravitačních polí vzdálených těles ponížené o energii prostorového vektoru gravitačního zrychlení.

Zakřivení prostoru definujeme hmotností. Zakřivení prostoru je kvantifikovaná energie. Snížením energie gravitačního pole, zakřivení prostoru, dochází, vzhledem k ekvivalenci energie zakřivení prostoru a hmotnosti, ke snížení hmotnosti soustavy dvou těles, jelikož část energie odpovídající zakřivení, a tím definující hmotnost, je přeměněna na vektorovou směrového vektoru.

Hmotnost soustavy, která je přímo úměrná energii gravitačního pole tuto soustavu obklopujícího, je z toho důvodu nižší, než součet hmotností dvou samostatných hmotných objektů. Energie gravitačního pole je úměrná hmotnosti, či hmotě, která je vytváří, a jestliže je tato energie snížena přeměnou své části na energii vektoru gravitačního zrychlení, dochází v důsledku toho ke snížení hmotnosti soustavy. Hmoty je přítomno stejně, množství hmoty se nemění, mění se energetický objem gravitačního pole, jelikož část energie je přeměněna na energii prostorového vektoru tíhové síly. Gravitační pole má proto nižší energetickou vydatnost a v důsledku toho je hmotnost soustavy nižší, než součet hmotností dvou samostatných objektů.

Odpovědět

To mne opravdu dostalo

Bohuslav Rameš,2019-08-26 16:43:25

Souboj hejna patetických komárů s těžce etickým gravitinem končí logickou fatální nevýhrou :)

Odpovědět

Ověření koeficientu

O. Dvořák,2019-08-26 12:21:37

Teoreticky by výbuchy velkých supernov mohly být doprovázeny gravitační vlnou, způsobenou výrazným nárůstem potenciálu hmoty supernovy při její strukturní proměně.

Odpovědět


Re: Ověření koeficientu

O. Dvořák,2019-08-26 12:33:50

I když ideální by bylo, kdyby vybuchla supernova, která je zároveň gravitační čočkou.

Odpovědět

Praktický gravitační dosah a strukturní koeficient

O. Dvořák,2019-08-26 11:33:31

Gravitace je koncentrací hmoty způsobována, hmota prostor zakřivuje. Toto zakřivování prostoru však neškáluje lineárně, s přibývající koncentrací se postupně snižuje potenciál hmoty prostor zakřivovat. Pro výpočet gravitace je potřeba počítat s koeficientem koncentrace, který se s přibývající koncentrací snižuje. Koeficient 1 platí pro hmotu, jednotku hmoty, částici, která je v prostoru osamocená. Gravitace má praktický limitní dosah, za kterým již má navrch temná energie, za tímto dosahem se hmota již nepřibližuje, ale působením temné, či raději skryté energie, navzájem vzdaluje. Osamocená částice znamená, že do jejího praktického gravitačního dosahu nezasahuje praktický gravitační dosah jiné částice. Koeficient 1 má tudíž částice, která je od jiné vzdálená nejméně dvojnásobek praktického gravitačního dosahu. Gravitační působení takové částice se násobí koeficientem 1. Tento koeficient se začíná snižovat v okamžiku, kdy jsou jednotky hmoty blíže než je praktický gravitační dosah, vytvářejí jejich průnik. Překrýváním gravitačního dosahu, gravitačního potenciálu hmoty, dochází ke snižování koeficientu a jeho minimum nastává při úplném přiblížení. V praxi to znamená, že koncentrovaná hmota vytváří menší gravitační působení, a naopak hmota rozptýlená větší. V překladu vzorců počítajících s lineárním škálováním to znamená, že se zdá být hmoty přítomno více, než ve skutečnosti je.

Odpovědět

Vesmír je elektrický

Michal Lichvár,2019-08-23 14:28:20

Vesmír je podľa všetkého elektrický a žiadna temná hmota neexistuje ... chýbajúce interakcie spôsobuje elektromagnetizmus galaktických rozmerov ... tak to aspoň tvrdí zopár vedcov a čím ďalej tým viac výskumov v tomto smere sa objavuje aj v mainstreame.

Plasma Cosmology tu: https://www.youtube.com/watch?v=Qd1EJKR5jlI

Odpovědět


Re: Vesmír je elektrický

Michal Lichvár,2019-08-23 14:59:27

spravna linka na Full Documentary: https://www.youtube.com/watch?v=E4pWZGBpWP0

Odpovědět


Re: Re: Vesmír je elektrický

Richard Pálkováč,2019-08-24 15:16:31

Namiesto tých hlúpostí, by ste si mal radšej pozrieť túto prednášku : https://www.youtube.com/watch?v=THVeMOyM45I

Odpovědět


Re: Re: Re: Vesmír je elektrický

Michal Lichvár,2019-08-27 11:53:26

"The proof of “sudden” changes (p. 223 to the end) is quite convincing and meritorious. If you had done nothing else but to gather and present in a clear way this mass of evidence, you would have already a considerable merit. Unfortunately, this valuable accomplishment is impaired by the addition of a physical-astronomical theory to which every expert will react with a smile or with anger—according to his temperament;"

Albert Einstein to Immanuel Velikovski

Odpovědět


Re: Re: Re: Vesmír je elektrický

Michal Lichvár,2019-08-27 14:08:35

ale na toho Kulhánka si nájdem čas ;)

Odpovědět

...

Jan Balaban,2019-08-23 08:46:06

"Badatelé ovšem přiznávají, že takové stopy nebude snadné rozlišit od stopy již známých elementárních částic."
Môžete dať odkaz na stopy známych elementárnych častíc v horninách?

Odpovědět


Re: ...

Pavel K2,2019-08-23 10:38:21

Já jsem to pochopil tak, že nic nemají, začnou to hledat, ale ani kdyby něco našli, tak nepoznají, jestli je to ono :-)

Odpovědět


Re: ...

Juraj Chovan,2019-08-23 18:39:21

Ionizácia materiálu (a teda aj jeho deštrukcia) pri prelete elektricky nabitej častice sa využíva v medicíne pri ničení zhubných nádorov. Preto nie je prekvapivé ak vysokoenergetická častica zanechá ionizačnú stopu aj v hornine.
Čo ma prekvapuje je tvrdenie že stopu neodlíšia od stopy po inej častici: ak by našli dlhú ionizačnú stopu napríklad v tuneli pod Gran Sasso, len ťažko by mohla byť spôsobená niečím iným ako exotickou ultraťažkou časticou (stopy pochádzajúce po časticiach z prirodzenej rádioaktivity horním by boli krátke, tie z vesmíru by už boli pohltené horským masívom).

Odpovědět


Re: Re: ...

Pavel Nedbal,2019-08-25 13:15:45

Na Ice Cube v Antarktidě by dlouhou ionizační stopu měli bezproblémů detekovat, včetně směru příletu. Jinak - šmikám Occ. břitvou - gravitino neexistuje - to je nejpravděpodobnější.

Odpovědět


Re: Re: Re: ...

Václav Dvořák,2019-08-25 23:50:13

No a detekovali?

Ptám se proto, že vzhledem k pozitivistické slepé skvrně mohli vědci nestandardní fenomény mimo rozsah měření zcela ignorovat...

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