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.

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.

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.