Profesorul John Terning și Dr. Christopher Verhaaren de la University of California, Davis, au propus un nou candidat pentru materia întunecată, monopolul întunecat, și o posibilă modalitate de a-l detecta.

Deşi materia întunecată reprezintă aproximativ un sfert din masa-energia Universului, nimeni nu știe cu adevărat ce este materia întunecată, din ce este formată şi cum arată.

În ciuda naturii sale misterioase, oamenii de știință cred că materia întunecată trebuie să existe într-o anumită formă pentru a justifica masa necesară pentru ca Universul să existe și să acţioneze în modul în care o face.

Fizicienii presupun că materia întunecată este formată din particule care nu reflectă şi nu absorb radiaţia electromagnetică, dar care interacţionează gravitaţional.

Un nou candidat pentru materia întunecată

Materia întunecată. Credit: Goddard Space Flight Center al NASA.

În numeroase experimente din întreaga lume fizicienii încearcă să detecteze și să studieze astfel de particule. Printre principalii candidați se numără axionii și particulele WIMP (weakly interacting massive particles), adică particule masive ce interacţionează slab cu materia obişnuită.

„Încă nu știm ce este materia întunecată. Un timp îndelungat principalul nostru candidat a fost WIMP, dar se pare că în prezent această particulă este aproape complet exclusă dintre candidaţi”, a spus profesorul Terning.

O alternativă la modelul WIMP al materiei întunecate necesită o formă de electromagnetism “întunecat”, inclusiv fotoni “întunecaţi” și alte particule ipotetice. Fotonii întunecați ar interacţiona slab cu fotonii obișnuiți.

Profesorul Terning și Dr. Verhaaren adaugă o nouă ipoteză la această idee: un monopol magnetic “întunecat” care ar interacționa cu fotonul întunecat.

În lumea macroscopică, magneții au întotdeauna doi poli, un pol nord și un pol sud. Un monopol este o particulă care acționează ca un capăt al unui magnet.

„Monopolii întunecaţi ar interacționa cu fotonii întunecați și electronii întunecați în același mod în care teoria prezice că electronii și fotonii interacționează cu monopolii, iar acest lucru implică o modalitate de a detecta aceste particule întunecate”, au declarat cercetătorii.

În anul 1931, fizicianul teoretician englez Paul Dirac a prezis că în funcţia de undă a unui electron care se deplasează pe o traiectorie circulară lângă un monopol se va produce o schimbare de fază.

Deoarece în teoria cuantică electronii sunt atât particule, cât și unde, un electron poate trece prin ambele părți ale unui monopol și, ca rezultat, va exista o diferenţă de fază în funcţia de undă asociată electronului.

Acest tip de interferență, denumit efectul Aharonov-Bohm, implică că un electron care trece în jurul unui câmp magnetic este influențat de acesta, chiar dacă nu trece chiar prin câmp.

„Monopolul întunecat ar putea fi detectat ca urmare a modului cum se schimbă faza funcției de undă a electronilor în timp ce electronii se deplasează în apropierea monopolului”, au declarat oamenii de știință.

„Teoretic, particulele de materie întunecată trec în permanenţă prin noi. Pentru a fi detectabile în modelul nostru, monopolii ar trebui să fie excitați de Soare. Apoi, ar dura aproximativ o lună pentru a ajunge pe Pământ, deplasându-se cu o viteză aproximativ egală cu o miime din viteza luminii”, a spus profesorul Terning.

Lucrarea cercetătorilor a fost postată pe site-ul arXiv.org.

Sursă: Sci-News