Cu ajutorul unui supercomputer, oamenii de știință au identificat un prim candidat pentru materia întunecată, concluzionând că aceasta poate fi formată din axioni de un anumit tip.

Înţelegerea materiei întunecate s-a dovedit uimitor de dificilă. Desigur, era de aşteptat să se întâmple acest lucru din moment ce materia întunecată este complet invizibilă. Cu toate acestea, oamenii de știință au ajuns la concluzia că materia întunecată există, deoarece au observat efectele sale gravitaționale.

Deşi se pare că există mai multe fenomene care pot fi explicate doar prin existența materiei întunecate, deocamdată nu există nicio dovadă reală că aceasta există într-adevăr. Studiile cu privire la materia întunecată abundă, desigur, dar până în prezent ele au fost neconcludente.

Ceea ce știm, sau credem că ştim, este că materia întunecată reprezintă aproximativ 25-27% din masa și energia din Universul observabil. Aceasta nu poate fi văzută, deoarece se pare că nu emite niciun fel de radiaţie, dar ea interacționează gravitaţional, ceea ce o face totuşi „observabilă”.

Această constatare a fost suficientă pentru ca o echipă de oameni de știință din Germania şi Ungaria, de la University of Wuppertal, Eötvös University din Budapest și Forschungszentrum Jülich, să poată efectua calcule cu privire la compoziţia materiei întunecate.

Prin extinderea Modelului Standard al fizicii particulelor și folosind supercomputerul JUQUEEN (BlueGene/Q) din cadrul Forschungszentrum Jülich, echipa de cercetători condusă de Zoltán Fodor a realizat calcule elaborate pentru a prezice ce particule ar putea forma materia întunecată.

Studiul cercetătorilor a fost publicat în Nature.

Distribuţia calculată a materiei întunecateDistribuţia calculată a materiei întunecate. Credit: The Virgo Consortium/Alexandre Amblard/ESA

Înțelegerea materiei întunecate, afirmă oamenii de ştiinţă, depinde în mare măsură de tipul particulelor care o compun. Există două posibilități: materia întunecată este compusă din câteva particule foarte grele sau aceasta este formată din mai multe particule ușoare. Dintre cele 2 ipoteze, echipa condusă de Zoltán Fodor s-a concentrat pe ultima.

Axionii par să fie cele mai promițătoare particule pentru materia întunecată, deși acestea sunt deocamdată ipotetice, iar cercetătorii au nevoie de dovezi că aceste particule subatomice, extrem de uşoare, există într-adevăr.

Din punct de vedere teoretic, existența axionilor poate fi explicată ca o extensie a cromodinamicii cuantice (QCD), care prezice că pot exista particule care interacționează foarte slab şi a căror masă depinde de fluctuațiile topologice cuantice. Pentru a demonstra acest lucru, fizicienii au utilizat supercomputerul JUQEEN pentru a calcula care sunt condițiile în care axionii pot exista și dacă aceştia pot forma materia întunecată.

Rezultatele au fost promițătoare. Dacă materia întunecată este alcătuită în mare parte din axioni, atunci axionul ar trebui să aibă o masă cuprinsă între 50 µeV şi 1.500 µeV. Rezultă de aici că axionul ar fi o particulă de 10 miliarde de ori mai uşoară decât electronul şi că în Univers densitatea medie a axionilor ar fi de 10 milioane de axioni pe centimetru cub. În galaxia Calea Lactee, densitatea axionilor ar trebui să fie de aproximativ un trilion de axioni pe centimetru cub.

„Rezultatele pe care le-am prezentat vor da startul, probabil, unor căutări intense pentru descoperirea acestor particule”, a declarat Zoltán Fodor.

Cercetătorii au prezis, de asemenea, că în câțiva ani va fi posibilă confirmarea sau infirmarea existenţei axionilor pe cale experimentală.

Datorită supercomputerului JUQUEEN, putem fi acum cu un pas mai aproape de înţelegerea materiei întunecate,… din moment ce știm ce trebuie să căutăm.

Sursă: Futurism