Etwas im Universum erzeugt mehr Masse, als wir direkt erkennen können. Wir wissen, dass es dort ist, weil wir Gravitationseffekte auf Materie haben, die wir erkennen können. aber wir wissen nicht, was es ist und woher es kommt.
Wir nennen diese unsichtbare Masse “dunkle Materie”, und Physiker haben gerade ein Teilchen identifiziert, das es sein könnte.
Der Kandidat ist ein kürzlich entdecktes subatomares Teilchen, das als d-Hexaquark bezeichnet wird. Und in der ursprünglichen Dunkelheit, die dem Urknall folgte, konnten sie zusammenkommen, um dunkle Materie zu erschaffen.
Seit fast einem Jahrhundert verwirrt dunkle Materie Astronomen. Zum ersten Mal wurde sein Einfluss in den Bewegungen der Sterne gesehen, was darauf hindeutete, dass sich um sie herum mehr Masse befand, als wir sehen konnten.
Wir können jetzt den Einfluss dunkler Materie auf andere Dynamiken sehen – zum Beispiel mit Gravitationslinsen, wenn sich Licht um massive Objekte wie Galaxienhaufen biegt. Und die Rotation galaktischer Scheiben, die zu schnell ist, um durch ihre scheinbare Masse erklärt zu werden.
Bisher stellte sich heraus, dass dunkle Materie nicht direkt erfasst werden kann, da sie keinerlei elektromagnetische Strahlung absorbiert, emittiert oder reflektiert. Aber sein Gravitationseffekt ist stark – so stark, dass bis zu 85 Prozent der Materie in unserem Universum dunkle Materie sein können.
Wissenschaftler würden jedoch gerne das Geheimnis der Dunklen Materie verstehen. Dies liegt nicht nur daran, dass sie sehr neugierig sind – herauszufinden, was dunkle Materie ist, kann uns viel darüber erzählen, wie unser Universum entstanden ist und wie es funktioniert.
Wenn dunkle Materie nicht wirklich existiert, würde dies bedeuten, dass etwas mit dem Standardmodell der Teilchenphysik, mit dem wir das Universum beschreiben und verstehen, nicht stimmt.
Im Laufe der Jahre wurden mehrere Kandidaten für die Dunkle Materie vorgeschlagen, aber wir scheinen der Suche nach einer Antwort näher zu kommen. Hexaquark d – formeller d (2380) – betritt die Szene.
“Der Ursprung der Dunklen Materie im Universum ist eine der größten Fragen der Wissenschaft und hat immer noch keine Antwort”, erklärte der Kernphysiker Daniel Watts von der University of York in Großbritannien.
'Unsere ersten Berechnungen zeigen, dass Kondensate d ein neuer möglicher Kandidat für dunkle Materie sind. Dieses neue Ergebnis ist besonders interessant, da es keine neuen Konzepte für die Physik erfordert. '
Quarks sind fundamentale Teilchen, die sich normalerweise in Dreiergruppen zu Protonen und Neutronen verbinden. Zusammen werden diese Drei-Quark-Teilchen Baryonen genannt, und der größte Teil der im Universum beobachteten Materie besteht aus ihnen. Du bist baryonisch. Wie die Sonne. Sowohl Planeten als auch Sternenstaub.
Wenn sechs Quarks kombiniert werden, entsteht eine Art Partikel, das als Dibaryon oder Hexaquark bezeichnet wird. Tatsächlich haben wir viele von ihnen überhaupt nicht gesehen. Der 2014 beschriebene Hexaquark d war die erste nicht triviale Entdeckung.
Hexaquarks d sind insofern interessant, als es sich um Bosonen handelt, eine Art Partikel, die der Bose-Einstein-Statistik entsprechen und die Grundlage für die Beschreibung des Partikelverhaltens bilden. In diesem Fall bedeutet dies, dass die Sammlung von Hexaquarks d ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat bilden kann.
Diese Kondensate, auch als fünfter Materiezustand bekannt, bilden sich, wenn ein Bosongas niedriger Dichte auf knapp über den absoluten Nullpunkt abkühlt. In diesem Stadium gehen die Atome im Gas von ihrem regulären Schaukeln in einen vollständig stationären Zustand über – den minimal möglichen Quantenzustand.
Wenn im frühen Universum ein solches Gas aus d Hexaquarks überall war, als es nach dem Urknall abkühlte, hätte es sich nach der Modellierung des Teams zu Bose-Einstein-Kondensaten verbinden können. Und diese Kondensate könnten das sein, was wir jetzt dunkle Materie nennen.
Natürlich ist dies alles sehr theoretisch, aber je mehr Kandidaten für dunkle Materie wir finden – und bestätigen oder ausschließen – desto näher sind wir der Definition von dunkler Materie.
Hier bleibt also noch viel zu tun. Das Team plant, d Hexaquarks im Weltraum zu finden und zu untersuchen. Sie planen auch, im Labor mehr an Hexaquarks zu arbeiten.
“Der nächste Schritt zur Schaffung dieses neuen Kandidaten für dunkle Materie wird ein tieferes Verständnis der Wechselwirkung von Hexaquarks sein – wann sie sich anziehen und wann sie sich gegenseitig abstoßen”, sagte Mikhail Bashkanov, Physiker an der York University.
“Wir führen neue Messungen durch, um Hexaquarks in einem Atomkern zu erzeugen und festzustellen, ob sich ihre Eigenschaften von denen im freien Raum unterscheiden.”
Die Studie wurde in der Zeitschrift Physics G: Nuclear Physics and Particle Physics veröffentlicht.
