Zamrożone światło? Nowy trop w sprawie ciemnej materii
Czy ciemna materia, która kształtuje galaktyki, mogła kiedyś pędzić z prędkością światła? Nowa teoria dwóch fizyków rzuca inne światło – dosłownie – na najciemniejszą tajemnicę Wszechświata. Mówią o cząstkach, które z gorących błysków mogły zamienić się w zimne grudki masy.
Nowa teoria tłumaczy tajemniczą masę Wszechświata w zaskakujący sposób
Czy ciemna materia mogła kiedyś poruszać się z prędkością światła? Dwaj fizycy z Dartmouth College - Guanming Liang i Robert Caldwell - twierdzą, że tak. Ich nowa teoria sugeruje, że ciemna materia może być niczym innym jak zamrożonymi pozostałościami cząstek, które powstały tuż po Wielkim Wybuchu i pędziły przez młody Wszechświat z zawrotną prędkością.
Od niemal stu lat naukowcy próbują rozwikłać zagadkę nadmiaru grawitacji we Wszechświecie. Galaktyki wirują tak, jakby skrywały w sobie niewidzialną masę - i właśnie ta masa, której nie da się zaobserwować bezpośrednio, nosi nazwę ciemnej materii. Mimo dziesięcioleci badań, nikt nie wie, czym ona tak naprawdę jest.
Od światła do grudek
W wizji Liang i Caldwella początki Wszechświata przypominały kwantowy karnawał. Cząstki - bezmasowe, przypominające fotony - zderzały się, przemieszczały i chłodziły, aż w końcu zaczęły nabierać masy. W efekcie powstały "zimne grudki" materii, które dziś mogą odpowiadać za nadmiar grawitacji we Wszechświecie.
To zupełnie sprzeczne z tym, czym ciemna materia zwykle się wydaje – zimne, bezwładne bryły, które nadają masę galaktykom. Nasza teoria pokazuje, jak coś, co przypominało światło, mogło przemienić się w ciężką, wolną materię.
Kluczowa okazuje się tutaj idea zaczerpnięta z fizyki cząstek - model Nambu-Jona-Lasinio, znany z opisu powstawania nukleonów (termin ten jest wspólną nazwą protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu). Liang i Caldwell wykorzystali go, by pokazać, że niektóre cząstki - zwane fermionami Diraca - mogły łączyć się w pary, podobnie jak elektrony w nadprzewodnikach. Gdyby w tym procesie doszło do zaburzeń termicznych, nadmiar energii mógłby się zamienić w masę. To trochę tak, jakby z gorącej burzowej chmury powstał lodowaty grad - z energii i ruchu uformowałyby się ciężkie, zimne grudki materii.
Co na to kosmos?
Najbardziej zaskakującym efektem modelu okazał się gwałtowny spadek energii - coś, co mogłoby wyjaśnić, dlaczego dzisiejszy Wszechświat ma tak niską gęstość energii. Co ważne, do wyjaśnienia tej przemiany nie potrzeba egzotycznych cząstek - wystarczą znane mechanizmy kwantowe.
Czy to tylko teoria? Może i tak - ale, jak podkreślają autorzy, da się ją zweryfikować. Ślady tej przemiany mogłyby zostać zapisane w promieniowaniu tła - słabym blasku z czasów wczesnego Wszechświata. Jeśli w tych danych odnajdziemy odpowiednie sygnały, fermiony Diraca mogą stać się poważnym kandydatem na ciemną materię.
- To ekscytujące - mówi Caldwell. - Proponujemy nowy sposób myślenia o ciemnej materii - i być może jej zidentyfikowania - dodaje.
Źródło: ScienceAlert
Publikacja: Guanming Liang, Robert R. Caldwell, 2025, New Theory Suggests Dark Matter Is Frozen Relics of Light-Speed Particles, Physical Review Letters 134, 191004. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.191004
