Razlika nije neznatna niti je posljedica pogreške u mjerenju; gravitacije ima toliko više da znanstvenici pretpostavljaju postojanje nepoznatog izvora. Taj izvor nazivaju tamnom tvari i procjenjuju da je čini oko pet puta više od sve obične tvari. Iako bi se, prema postojećim modelima, trebala nalaziti svuda oko nas, fizičari još uvijek ne znaju što je tamna tvar niti kako je proizvesti.
Novi teorijski rad nudi mogući odgovor na to pitanje, prenosi Science Alert. Fizičari Stefan Evans i Ralf Schützhold iz njemačkog centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf predlažu metodu koja se temelji na ubrzavanju atomskih jezgri. Njihova teorija kaže da bi jezgre, ubrzane do ekstremno visokih energija u akceleratoru, mogle poremetiti kvantni vakuum i stvoriti parove aksiona, hipotetskih čestica koje se smatraju jednim od kandidata za tamnu tvar, piše Index.
Kako stvoriti čestice iz vakuuma
Aksioni su hipotetske čestice predložene prije gotovo pola stoljeća, ali ne zbog tamne tvari. Njihova je izvorna svrha bila riješiti problem u kvantnoj kromodinamici (QCD), teoriji koja opisuje jaku nuklearnu silu koja veže kvarkove unutar protona i neutrona.
QCD predviđa određeno kršenje simetrije koje se u prirodi ne opaža, a aksion je uveden kao mehanizam koji to objašnjava. Naknadno se pokazalo da bi svojstva aksiona mogla odgovarati i česticama tamne tvari, što ih je učinilo dvostruko zanimljivijima za istraživanje.
Prema kvantnoj teoriji polja, prazan prostor nije uistinu prazan. Kvantni vakuum ispunjen je pozadinskom aktivnošću, takozvanim vakuumskim fluktuacijama. Jedna od posljedica tih fluktuacija jest Casimirov efekt: dva objekta postavljena vrlo blizu jedan drugome mogu promijeniti energiju vakuuma između sebe i tako stvoriti mjerljivu silu.
Evans i Schützhold primjenjuju tu ideju na aksionsko polje. Unutar atomske jezgre, aksioni bi, ako postoje, trebali imati manju masu nego izvan nje. To znači da atomska jezgra mijenja svojstva aksionskog polja oko sebe.
Ako se takva jezgra naglo ubrza, poremećaj koji stvara u aksionskom polju može u njega "ubrizgati" energiju. Taj proces, poznat kao dinamički Casimirov efekt, može vakuumske fluktuacije pretvoriti u stvarne čestice.
U ovom slučaju, energija uložena u ubrzanje jezgre pretvorila bi se u par isprepletenih aksiona. Fizičari su dinamički Casimirov efekt već eksperimentalno potvrdili stvaranjem fotona iz vakuuma.
Isti se proces može opisati i kroz Unruhov efekt. Prema toj teoriji, promatrač koji se ubrzava doživljava vakuum kao da je ispunjen "toplinskom kupkom" čestica. Iz perspektive ubrzane jezgre, činilo bi se da je okružena mnoštvom aksiona i da se sudara s jednim od njih. Iz perspektive mirnog promatrača u laboratoriju, taj bi događaj izgledao kao da je jezgra stvorila par aksiona iz praznog prostora.
Kako provjeriti teoriju
Iako je ideja teorijska, autori smatraju da bi se mogla testirati postojećom tehnologijom. Predlažu korištenje takozvanih ultraperifernih sudara teških iona. U takvim eksperimentima atomske jezgre, poput olovnih ili zlatnih, ubrzavaju se gotovo do brzine svjetlosti i prolaze vrlo blizu jedna drugoj bez izravnog sudara. Njihova snažna elektromagnetska polja međusobno djeluju i uzrokuju naglo ubrzanje, što je ključan uvjet koji teorija zahtijeva.
Eksperiment ipak nosi velike izazove. Vjerojatnost stvaranja aksiona ovisi o njihovoj još nepoznatoj masi, a njihova detekcija je iznimno teška. Čak i ako nastanu, bilo bi ih potrebno zabilježiti pomoću vrlo osjetljivih detektora, poput onih s tekućim ksenonom, i to samo ako bi se čestica kretala u pravom smjeru. Unatoč tome, ovaj rad nudi novu eksperimentalnu metodu u dugogodišnjoj potrazi za tamnom tvari, piše Index.
Istraživanje je objavljeno u znanstvenom časopisu Physical Review D.