Jaké tajemství ukrývá temná hmota? Kredit: NASA / CXC/ CFHT / U. Victoria / A. Mahdavi et al.

Základní konstanty fyziky, jako je například rychlost světla, Planckova konstanta anebo Newtonova gravitační konstanta, obvykle považujeme za neměnné v čase, konstantní. Jak ostatně už jejich pojmenování napovídá. Jenže vědci, chroničtí šťouralové, se i tohle občas pokoušejí zpochybnit. Paul Dirac už v roce 1937 uvažoval o tom, že by Newtonova gravitační konstanta mohla s časem klesat. A jak se zdá, nebyl sám.

Jevgenij Stadnik. Kredit: University of New South Wales.

Jevgenij Stadnik a Victor Flambaum z Univerzity Nového Jižního Walesu v australském Sydney ve svém článku, publikovaném časopisem Physical Review Letters, tvrdí, že by proklínaná i obdivovaná, každopádně ale stále naprosto záhadná temná hmota mohla způsobovat, že se základní fyzikální konstanty zvolna mění v čase. Anebo by mohly oscilovat tam a zpět, kvůli oscilacím v poli temné hmoty. Tenhle nápad vyžaduje, aby částice tvořící temnou hmotu mohly interagovat s malým množstvím částic známých ve Standardním modelu částicové fyziky.

Stadnik s Flambaumem navrhli model, v němž se temná hmota skládá z částic o malé hmotnosti, které jen velmi nerady interagují s jinými částicemi. Podle tohoto modelu bylo v ranném vesmíru ohromné množství takových částic a tyto částice vytvářely oscilující pole temné hmoty. Vzhledem k jejich nechuti k interakcím s běžnými částicemi tyto částice podle Stadnika a Flambauma přetrvaly miliardy let, a dnes tvoří podstatu temné hmoty.

Victor Flambaum. Kredit: University of New South Wales.

I když se tyhle částice do interakcí doopravdy nehrnou, tak by přece jenom do určité míry měly interagovat s částicemi Standardního modelu. Není ale jasné, jak moc by to mělo být. Právě to se Stadnik a Flambaum snažili zjistit. Použili k tomu data z experimentů, které odhadovaly množství hélia vzniklého během Velkého třesku, ze spektroskopických měření, která se týkala prvku ze skupiny vzácných zemin dysprosia (Dy) a také z měření reliktního záření vesmíru. Badatelé nakonec odvodili zatím nejpřísnější limity, které zpřesňují míru interakcí těchto částic temné hmoty s fotony, elektrony a kvarky. Oproti předešlým výzkumům je zpřesnili o 15 řádů. 

Limity interakcí temné hmoty podle Stadnika a Flambauma s běžnou hmotou. Kredit: Stadnik & Flambaum (2015)

Nové výsledky Stadnika a Flambauma naznačují, že pokud existuje oscilující pole vytvářené lehkými částicemi temné hmoty, tak by mohlo vyvolávat změny základních fyzikálních konstant. Naše realita je už takhle pěkně komplikovaná. Pokud mají Stadnik s Flambaumem pravdu, tak z toho asi nejeden vědec zešediví.

Zatím je to každopádně otevřená otázka. Naštěstí v téhle věci nemáme úplně svázané ruce. Stadnik a Flambaum věří, že by budoucí experimenty s atomovými hodinami, laserovými interferometry a podobnými vychytávkami mohly záležitost s měnícími se základními fyzikálními konstantami vyjasnit. Sami na tom ostatně hodlají intenzivně pracovat a hledat náznaky existence temné hmoty odpovídající jejich modelu.



Video:  CITA 78: Variation of fundamental constants from Big Bang to atomic clock



Literatura
Phys.Org 19. 11. 2015, arXiv:1503.08540, Physical Review Letters 115, 201301.