Déja vu s temnou hmotou?  
Podle nové teorie se temná hmota chová překvapivě podobně jako piony, subatomární částice známé řadu desetiletí.

 

Temná hmota tvořená simpy v galaxii. Kredit: Kavli IPMU
Temná hmota tvořená simpy v galaxii. Kredit: Kavli IPMU

Podle současného stavu poznání to vypadá, že temné hmotě vděčíme za mnohé. Drží pohromadě veškerou hmotu vesmíru – galaxie, hvězdy, planety i naše vlastní těla. Potíž je v tom, že přes heroické úsilí temná hmota i nadále vzdoruje našim snahám o seznámení. Vzhledem k tomu mají mnozí za to, že temná hmota bude nějaká naprosto exotická záležitost, jako třeba supersymetrie a podobně. Možná ale o tak velkou exotiku v případě temné hmoty nejde.

 

 

Yonit Hochberg. Kredit: Weizmann Institute of Science
Yonit Hochberg. Kredit: Weizmann Institute of Science

 

Yonit Hochbergová z Kalifornské univerzity v Berkeley a její kolegové přišli s teorií, že temnou hmotu tvoří částice, které jsou velmi blízké pionům. Piony, nebo též pí mezony, jsou v částicové fyzice nejlehčí mezony a zároveň také nejlehčí hadrony. V přírodě se vyskytují tři piony – kladně nabitý, záporně nabitý a neutrální. Piony jsou tvořeny horními a dolními kvarky a antikvarky. Jsou to nestabilní částice a rychle se rozpadají. Kladný a zápormý pion se rozpadnou za cca 26 nanosekund, nejčastěji na miony a mionová neutrina, zatímco z neutrálního pionu vznikne ještě mnohem rychleji záblesk gama záření.

 

 

Hitoshi Murayama, ředitel Kavli IPMU. Kredit: Kavli IPMU.
Hitoshi Murayama, ředitel Kavli IPMU. Kredit: Kavli IPMU.

Piony nevznikají při radioaktivním rozpadu, ale často se s nimi setkáváme na výkonných urychlovačích částic, kde se objevují při srážkách hadronů. Všechny tři typy pionů vídáme při divokých srážkách částic vysokoenergetického kosmického záření s částicemi v pozemské atmosféře. Astrofyzici také nedávno zachytili gama záření charakteristické pro rozpad neutrálních pionů ze supernov.

 

 

Vytvářejí temnou hmotu simpy? Kavli IPMU.
Vytvářejí temnou hmotu simpy? Kavli IPMU.

Pokud mají Hochbergová a spol. pravdu, tak by temnou hmotu tvořily takzvané simpy (SIMP – Strongly Interacting Massive Particles). Podle člena týmu Hitoshiho Murayamy z Kalifornské univerzity a ředitele Kavliho institutu fyziky, matematiky a vesmíru při Tokijské univerzitě by doopravdy měli leccos společného s piony – stejný typ hmotnosti, stejný typ interakcí, stejný vztah k silné atomové síle jako piony.

 


Podle této nové teorie temná hmota v galaxiích nebo kupách galaxií nejspíš interaguje sama se sebou a ovlivňuje rozložení hmoty, čímž dělá paseku v našich pozorováních.

 

Nalevo rozložení temné hmoty podle klasických představ (s velkou koncentrací v centru galaxie), napravo rozložení temné hmoty tvořené simpy. Kredit: Kavli IPMU.
Nalevo rozložení temné hmoty podle klasických představ (s velkou koncentrací v centru galaxie), napravo rozložení temné hmoty tvořené simpy. Kredit: Kavli IPMU.

Temná hmota ze simpů by prý mohla vysvětlit do očí bijící rozpory mezi daty z vesmíru a počítačovými simulacemi. Výhodou je, že existenci temné hmoty ze simpů budeme moct prověřit v experimentech na Velkém hadronovém srážeči (LHC) a na vylepšeném japonském srážeči elektronů a pozitronů SuperKEKB.

 

Simpy by mohl nalézt i připravovaný experiment s velmi slibným jménem SHiP (Search for Hidden Particles) na druhém největším zařízení CERNu jménem Super Proton Synchrotron (SPS). Pak se ukáže, jestli temnou hmotu tvoří simpy anebo ne.


Seeking Clues to Our Origins in the Microcosmos
Kredit: UC Berkeley



ILC Tokyo Event Speech by Hitoshi Murayama at the banquet. Kredit: ILC.


Literatura
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe 22. 7. 2015, Physical Review Letters 115: 021301, Wikipedia (Pion, Strongly interacting massive particle).

Datum: 29.07.2015
Tisk článku

Konec Evropy - Diktátoři, demagogové a doba temna před námi - Kirchick James
 
 
cena původní: 398 Kč
cena: 370 Kč
Konec Evropy - Diktátoři, demagogové a doba temna před námi
Kirchick James
Související články:

Další přímý důkaz existence temné hmoty     Autor: Vladimír Wagner (15.07.2011)
Co když jsme už temnou hmotu našli – v Josephsonových přechodech?     Autor: Stanislav Mihulka (11.12.2013)
Je nevysvětlitelný rentgenový signál stopou temné hmoty?     Autor: Stanislav Mihulka (18.10.2014)
Tvoří temnou hmotu temná makra s podivnými kvarky?     Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2014)
Co nám řeklo pozorování antiprotonů pomocí zařízení AMS o temné hmotě?     Autor: Vladimír Wagner (13.07.2015)



Diskuze:

Možno sa len nesprávne pozeráme na svet

Rene Mikolas,2015-07-30 22:06:34

Je asi riešením problému zavedenie ďalšej úrovne a dať zbohom úsiliu o objavenie Teórie všetkého.
1. Mikrosvet
2. Makrosvet
3. Megasvet

Odpovědět

gravitácia

Maroš Štulajter,2015-07-30 19:27:20

myslím si ako laik súhlasím s celím obsahom a moja filozofia je že gravitáciu chápeme zle. temná hmota a gravitácia je spoločná, resp. gravitácia priťahuje objekty a tmavá hmota rozpína vesmír. tmavá hmota a gravitácia držia vesmír pokope. dúfam že sa nejaké častice objavia

Odpovědět

veřejné tajemství

Martin Ondracek,2015-07-29 18:13:42

Veřejné tajemství II = May Sider je třetí nejchytřejší na světě hned po dědovi Vševědovi a brouku Pytlíkovi.
Jinak k pár nepřesnostem v článku: Temná hmota drží pohromadě galaxie, případně ještě větší útvary (kupy galaxií a tak) ale už ne hvězdné soustavy (jako Sluneční soustavu) a už vůbec ne jednotlivé hvězdy, planety nebo dokonce nás osobně. Dál je trochu zavádějícím způsobem popsána ta "silná" interakce hypotetických SIMPů. Z článku jsem měl dojem, jako by to byla ta samá silná interakce, kterou na sebe působí a kterou drží pohromadě protony, neutrony, obyčejné piony apod. Pak by ovšem i SIMPy interagovaly s těmito částicemi, což se ale, pokud vím, neděje. Jestli jsem správně pochopil, o čem je orginální článek ve Physical Review Letters (možná že ne, tahle část fyziky není moje doména), tak ty SIMPy tvoří silně vázaný skrytý sektor (takto výslovně zmíněno v abstraktu, v orginále "strongly coupled hidden sector"), což by mělo znamenat, že ty částice interagují mezi sebou způsobem analogickým k silné interakci, ale neinteragují takto s obyčejnou hmotou. S obyčejnou hmotou by podle orginálního článku taky měly nějak interagovat, tedy jinak než jen gravitačně, ale jen slabě - slabě jako že málo, ne zrovna v tom technickém smyslu slabé interakce.

Odpovědět


Re: veřejné tajemství

Vladimír Wagner,2015-07-31 10:19:28

To je dobře, že sem tuto poznámku Martin Ondráček dal. Nejsem si jistý, zda nezasvěcenému čtenáři bylo po přečtení článku jasné, že jak SIMP (silně interagující) tak WIMP (slabě interagující) hypotetické částice temné hmoty interagují s naší normální hmotou pouze extrémně slabě (jinak by nebyl problém je detekovat). A ta silná nebo slabá interakce se týká toho, jak interagují mezi sebou. Tento rozdíl v jejich vzájemné interakci by se mohl projevit právě v přesném průběhu srážek kup galaxií a v evoluci velkoškálové struktury vesmíru. Tím je v principu dána i možnost jejich odlišení a identifikace toho, jaký typ se případně vyskytuje v našem vesmíru.

Odpovědět

Temná hmota jako chyba v rovnicích?

Walter Diviš,2015-07-29 17:01:52

Nebudu zpochyňovat temnou hmotu s tím, že to je podvod. S takovým hodnocením nesouhlasím, temná hmota je velmi solidní hypotéza plynule vycházející z našich současných znalostí. Docela mne ale zaujala jiná hypotéza, na kterou jsem před časem narazil v přednáškách pořádaných tuším od ČVUT.

Autor se tam zamýšlel nad tím, jak a na jaké rozměry aplikujeme již známé fyzikální teorie. Zjednodušeně řečeno zde máme kvatovou, newtonovskou a relativistickou fyziku (newtonovskou můžeme počítat i přes relativistickou, ale není to moc praktické, ponechme záměrně tohle rozčlenění).

Newtonovskou fyziku známe všichni velmi dobře a také spolehlivě a předvídatelně funguje při rozměrech, hmotnostech a rychlostech v pro nás představitelných intervalech (10^-5 až 10^5 m, 10^-5 až 10^5 kg a podobným způsobem stanoveném rozsahu rychlostí). Jakmile se však dostáváme mimo tento interval, začnou se dít věci, které v rovnicích nejsou. Příliš malé, příliš velké nebo příliš rychlé objekty se začnou chovat podivně a nepředvídatelně. Proto dlouhodobým pozorováním a opakovanými pokusy postupně vznikly nové hypotézy, které se díky ověření v praxi staly velice použitelnými teoriemi kvantové a relativistické fyziky.

Nicméně relativistickou fyziku, zejména pak chování gravitace, máme spolehlivě ověřenu jen v rozměrech zhruba do 10^10 AU. A to i pro objekty vzdálené mnoho světelných let od nás - opět tam ověřujeme chování v poměrně malém prostoru, tj. oběhy planet, hvězd kolem společného těžiště apod. Tam nám chování objektů sedí s výpočty a vše je v pořádku. Ovšem v rozměrech o řády větších to najednou nesedí.

A teď je otázkou, jestli se opravdu jedná o neznámé, neinteragující částice (kromě gravitace), kterých by navíc bylo násobně více než známé hmoty (plus ještě mnohonásobně více tzv. temné energie, které vlastně energií tak úplně není), nebo jestli jsme se nedostali "out of range" úplně stejně jako dříve s klasickou newtonovskou fyzikou a nepotřebujeme spíše nové "lorentzovy transformace".

Abychom se nakonec nedostali do stejného vědeckého omylu, jaký tady byl již s všeprostupujícím étérem, který byl vědecky přijímán jako jediné vysvětlení toho, že lze přenášet světlo (musí existovat médium, které přenáší vlny světla stejně, jako jsou přenášeny vlny zvuku). Vše se pak vysvětlilo úplně novým, velmi nečekaným způsobem (fotony, které jsou částicí i vlněním).

Celkově mi tato hypotéza přišla zajímavá a určitě hodná pozornosti, autor ji navíc měl i dobře matematicky podloženou (nakolik jsem to schopen posoudit), nebyl to klasický bloud s alternativní teorií bez solidního zázemí. Temná hmota a temná energie je momentálně fascinující kus tajemství vesmíru. Opravdu doufám, že se dožiju rozluštění toho, proč se galaxie chovají jinak, než by dle našich znalostí měly. Zda se opravdu objeví částice temné hmoty (to by bylo skvělé a znamenalo by to zřejmě změny v kvantové teorii), nebo jestli tady čeká na objevení úplně nová oblast fyziky za tou dnešní relativistickou. Nevím, co si přát víc.

Odpovědět


Re: Temná hmota jako chyba v rovnicích?

Daniel Konečný,2015-07-29 19:08:35

Jak ale takova úprava rovnic vysvětlí různý rozsah "odchylky od relativity" u několika podobných objektů? Nebo některá pozorování těžišť kolidujících mlhovin, kdy se zřejmě velká část jejich hmotnosti srážky neúčastní jinak, než gravitačně? Ale máte pravdu, tady bychom si neměli zavírat žádná vrátka, snad se řešení dočkáme.

Odpovědět


Re: Re: Temná hmota jako chyba v rovnicích?

Walter Diviš,2015-07-29 20:10:34

Naprosto netuším, jak by to mohla vysvětlit. Odpověděl bych vám však úplně stejně, kdybyste se mne v době Koperníka zeptal, jak hodlá vysvětlit pohyby nebeských těles, a stejně v době, kdy Einstein začal formulovat svou teorii relativity. Ani tehdy bych neměl potuchy, co tyto geniální vědce vlastně napadne.

Mne prostě zaujal tento myšlenkový směr, i to, jakým způsobem byla vedena argumentace. Může to být naprosto zcestné, ale taková věda bývá - slepých uliček je mnohem více než hlavních cest. Přesto i ty zpočátku zdánlivě slepé cesty stojí za zvážení. Svět kolem nás nám připravil mnoho překvapení a třeba taková kvantová teorie je krásnou ukázkou toho, že "přirozený" pohled tady nemá žádný význam.

Osobně se kloním spíše k hypotéze temné hmoty, je to z mého laického pohledu konzistentnější, přijatelně vysvětluje mnohé anomálie, ale dosud nemáme žádné jednoznačné potvrzení. A koneckonců konzistentnější hypotézou byl ve své době a při tehdejším stavu poznání třeba ten zmíněný étér a dnes víme, jak velký omyl to byl.

Ovšem te argument, že jednotlivé fyzikální rovnice mají řešení jen v určitém rozsahu vstupních hodnot, je velmi trefný. A z toho vycházející následná úvaha, že naše známé relativistické rovnice mohou mít také svou horní mez, kde ještě dávají použitelné řešení, se tím sama nabízí. My vlastně opravdu nemáme jednoznačně ověřenou platnost těchto rovnic v řádech stovek, tisíců a milionů světelných let. Je tedy vysvětlením těch anomálií opravdu dosud neznámý typ hmoty, nebo bychom potřebovali jinak formulované výpočty?

Odpovědět


Re: Re: Re: Temná hmota jako chyba v rovnicích?

Jan Kment,2015-07-29 21:04:24

Nová fyzika by ale musela platit tak či onak plošně...
Pozorování zdá se nacházejí výrazné lokální výkyvy ve fyzice vesmíru a tak se zdá pravděpodobnější nějaká neznámá forma hmoty, které může bít někde více jinde méně...

Odpovědět


Re: Temná hmota jako chyba v rovnicích?

Marek Fucila,2015-07-30 10:37:34

Doplnam odkaz na tu prednasku, ktory uviedol Milan K (v diskusii k clanku http://www.osel.cz/8321-v-novem-modelu-viskozity-vesmiru-strasi-big-rip.html):
https://www.youtube.com/watch?v=MgTLQVQ_Aww

Odpovědět

Simpy nebo wimpy?

Jiří Kos,2015-07-29 16:37:27

That is the question!

Odpovědět

podvod = temná hmota

May Sider,2015-07-29 12:23:54

veřejné tajemství = temná hmota je nesmysl založen na hloupých doměnkách

Odpovědět


Re: podvod = temná hmota

Martin Peter,2015-07-29 12:56:09

mno, název "temná hmota" může bý zavádějící, ale není to podvod :D temná hmota každopádně není založená na žádných doměnkách - je založená na tom, že výsledky některých měření se nám rozchází s našimi simulacemi, což je nevyvratitelný fakt - nikdo netuší, co to ta temná hmota vlastně je, ale kromě skutečné hmatatelné hmoty to může být třeba nám dosud neznámý princip nebo třeba i to, že ve fyzice dosud něco chápeme špatně (což by nebylo poprvé) - já "temnou hmotu" nevidím jako hmotu, ale spíš jako problém a potom to z logiky věci ani nemůže být nesmysl, podvod nebo veřejné tajemství :D děkuji za pobavení ;)

Odpovědět


Re: Re: podvod = temná hmota

Radka Sladká,2015-07-29 14:24:10

Copak vy nevíte, kdo se směje nejlíp? :-)

Odpovědět


Re: Re: podvod = temná hmota

Milan K,2015-07-29 14:38:41

Nevyvratitelný fakt by to rozcházení byl, i kdyby se nerozcházely (měření a simulace). Výsledky měření totiž aplikujeme nějak, dle teorie, nikoli fakticky, neboť fyziku Vesmíru neznáme.
Kdy pokud někdo využívá něco klamného (i třeba fyziku) k obohacení se na úkor druhých, je to podvod.
Tak ale to je moc. Beru zpět. :-)

Odpovědět


Re: Re: podvod = temná hmota

,2015-07-29 21:56:00

Odpovědět


Re: Re: Re: podvod = temná hmota

jaroslav s,2015-07-30 00:26:46

K tomu,aby byla větší přitažlivost v daném bodě od zdroje,pří použití Newtonova zákona gravitace musí existovat prostorový zdoj tedy ekvivalence temné hmoty, při Einstainově popisu by to mělo být podobné- tedy modifikace gravitace asi temnou hmotu nevyloučí, spíš jen kopíruje její chování. Spíš mi připadá,že ta temná energie se dá vysvětlit standartním modelem, a pro její existenci,nevidím nevyhnutelný důkaz.

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