A matéria escura é uma verdadeira dor no pescoço.
O termo matéria escura se refere a uma substância hipotética que parece interagir apenas com o restante do universo por gravidade e servir como andaimes para galáxias e outras estruturas cósmicas maciças. Partículas reais de matéria escura têm nunca foi encontradono entanto – apesar de décadas de esforço intensivo para descobri -los. Alguns críticos, consequentemente, descartam o conceito como um mero fator de fudge que os físicos usam para sustentar suas teorias incompletas de como o universo funciona. Mas se a matéria escura é uma coisa “actual” ou uma invenção útil da imaginação dos teóricos, há muitas evidências para que o problema desapareça.
Chame o que quiser, Obviamente, há algo muito estranho acontecendo no universo. Estrelas nos arredores das galáxias orbitam muito rapidamente. As galáxias zumbem em grupos muito rápidos. Os fios ricos em matéria da internet cósmica se coalam muito rapidamente. E há muitos outros exemplos.
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Toda tentativa de relegar a matéria escura ao porão de idéias de física descartada, como modificando a força da gravidade Para acomodar todas as peculiaridades observacionais associadas, falhou – onerous. Embora seja impossível descartar essas abordagens-você nunca sabe o que um teórico inteligente pode cozinhar amanhã-um meio século de cultivo ainda não produziu nenhuma fruta satisfatória.
Décadas de evidência têm amplamente descartou os candidatos óbvios Para matéria escura que foi inspirada na física de alta energia. Mas a física de alta energia não é o único jogo na cidade. Existem outros campos, incluindo a física da matéria condensada, o ramo da física que examina as propriedades de grandes coleções de matéria, como como todos os átomos em um painel de vidro conspiram para torná -lo transparente. Este campo de física tem seus próprios cantos estranhos, como o estranho mundo da supercondutividade. E esses cantos são estranhos o suficiente para fornecer alguma inspiração potencialmente útil para entender o quebra -cabeça da matéria escura.
Nosso melhor palpite sobre a natureza da matéria escura é que há alguma forma de matéria que não interage com a luz – ou realmente de qualquer outra coisa ou mesmo. (É certo que isso não é um palpite tão grande, mas é o melhor que temos.) Esse assunto leva a maior parte de quase todas as galáxias e uma estrutura maior, e apenas, bem, fica lá, existente, tornando -se conhecida apenas através de seus puxões gravitacionais em matéria visível.
Toda linha de investigação cosmológica aponta para a humilhante percepção que Apenas uma fração pequena do assunto no universo acende. Após séculos de esforço, desenvolver o tabela periódicao zoológico de partículaso Modelo padrão de física de partículasas forças da natureza e todo o resto, agora sabemos que mal arranhamos a superfície.
Mas a ciência é uma jornada apenas para os humildes, então temos apenas uma escolha à nossa frente: em diante.
Temos muitas ferramentas poderosas à nossa disposição em nossas jornadas pelos cantos escuros do universo. Uma ferramenta é o nosso conjunto de observações, medições realizadas em escalas do galáctico ao cósmico que abrange a amplitude do universo observável e a profundidade do tempo profundo. Todas essas observações informam e, finalmente, julgam qualquer teoria de candidatos. Podemos estar no escuro sobre o que é a matéria escura é, Mas temos uma sensação muito boa do que é faz. Se você tem sua própria idéia de explicar a matéria escura, deve ocorrer pelo cadinho de observações intactas. Se uma ideia falhar em qualquer lugar ao longo do caminho, seguimos em frente e experimentamos a próxima.
A outra ferramenta poderosa é a própria física, nossa exploração matemática do mundo. Não entendemos completamente a matéria escura, sua identidade ou características ou interações com o resto do universo. Mas sabemos, para variar graus de confiança, o que o resto do universo está fazendo. A matéria escura é como uma peça que faltava em um quebra -cabeça; Não sabemos o que é a peça, mas sabemos aproximadamente a forma que ela deve tomar.
Qualquer que seja a matéria sombria, deve obedecer às leis da física (mesmo que ainda não conhecemos todas essas leis).
Por exemplo, quando o universo tinha menos de um minuto de idade, a matéria escura deve ter de alguma forma desconectado da matéria regular (um processo chamado “congelando”) para obter o valor certo atual, deduzimos a partir de observações. Foi assim que criamos nosso candidato líder de matéria escura, o covardeou interagir fracamente partícula maciça. Tínhamos algumas partículas hipotéticas geradas nas teorias da física que, se fossem ativas e abundantes e geralmente no universo, teriam feito naturalmente exatamente isso.
Mas Ainda temos que detectar diretamente um covardee é Os fundamentos teóricos demonstraram estar em gelo fino.
Então, para frente, vamos.
Há também o axionoutra partícula hipotética proveniente de física de alta energia e que é trilhões de vezes mais clara que o covarde. Se o axion existir e tiver as propriedades certas, também poderá fazer todas as coisas que sabemos que precisamos de matéria escura para fazer.
Mas ainda precisamos detectar diretamente um axion – embora, para ser justo, não procuramos axiões quase tão extensivamente quanto para o WIMPS, simplesmente porque Pensa-se que os wimps eram um shoo-in para a matéria escura.
Então, para frente, vamos.
Em maio, Guanming Liang e Robert Caldwell, ambos no Dartmouth School, publicaram um artigo em Cartas de revisão física em que eles ofereceram seu próprio candidato a matéria escura. Um pessimista pode olhar para este estudo e revirar os olhos: “Oh, alegria, mais uma proposta para uma partícula candidata, provavelmente a do meio deste mês sozinha, que quase certamente está errada – apenas outra facada aleatória no escuro, outra fita de espaguete jogou contra a geladeira da cosmologia.”
Essa resposta seria justa. Esse modelo é provavelmente – não, quase certamente – escrito. Mas isso ocorre porque a maioria dos modelos está errada na maioria das vezes. Se soubéssemos a resposta com antecedência, não precisaríamos fazer ciência. Só podemos encontrar a resposta certa vasculhando todos os errados, escolhendo o trigo do palha, tentando repetidamente até encontrar algo digno.
Mas só sabemos quando tentamos.
E admiravelmente, o modelo de Liang e Caldwell não apenas tenta, mas tenta algo verdadeiramente novo. Em vez de inspirar-se na física de alta energia, com partículas hipotéticas derivadas desta ou da interação exótica, os autores procuram a física da matéria condensada e, especialmente, a natureza bizarra da supercondutividade.
Em um condutor common, os elétrons carregam eletricidade, mas também oferecem resistência. A temperaturas baixas o suficiente e nos materiais certos, no entanto, os elétrons condensam – ou, se você quiser, congelar –organizando -se em pares em uma configuração de energia inferior. Isso elimina a resistência elétrica e faz a magia da supercondutividade acontecer.
Por analogia, o modelo Liang e Caldwell vê a matéria escura como uma sopa de partículas exóticas nascidas meros momentos depois do huge bangna period bizarra antes da chegada de prótons e nêutrons. Esta sopa não interage com a matéria regular, mas também não tem necessariamente missa por conta própria. À medida que o cosmos se expande e esfria, as partículas de matéria escura se condensam e se aglomeram, formando “gotículas” maciças que continuam a ter sua própria evolução separada, desconectadas do restante da matéria visível no universo, exceto através de sua influência gravitacional.
Os cálculos são complexos e tentativos, mas promissores. A principal vantagem dessa abordagem é que ela permite que um novo mecanismo crie matéria escura nas condições inebriantes nos primeiros minutos após o Huge Bang, que não depende das mesmas etapas que o procedimento recurring do WIMP segue. E esse modelo não apenas recapitula a evolução da matéria escura existente. Se as partículas exóticas tiverem alguma massa, apenas algumas se condensam para formar matéria escura. O resto é trancado no lugar como um fundo que satura o universopotencialmente desempenhando o papel de energia escuraa força misteriosa que parece estar acelerando a expansão do universo. Crucialmente, neste modelo, A energia escura pode variar com o tempoque se alinha com Resultados provisórios saindo de pesquisas de galáxias.
Estudos como esses são apenas o primeiro passo: uma verificação de plausibilidade que obtém aproximadamente a quantidade certa de matéria escura na hora certa. Ainda resta ser visto se isso pode explicar a montanha absoluta de evidências que temos por matéria escura: pode explicar simultaneamente o amplo espectro de comportamentos que atribuímos à matéria escura, desde as primeiras épocas do cosmos até o universo moderno cheio de estrelas?
E ele pode passar no teste remaining de todos? Pode prever a existência de uma partícula – ou uma gota de condensação da matéria escura – que algum dia poderíamos ver diretamente por nós mesmos?
A busca pela verdadeira natureza da matéria escura é realmente frustrante, porque os obstáculos que qualquer modelo deve limpar são numerosos, para dizer o mínimo. Não acreditaremos nesse modelo, ou qualquer outra hipótese, até que possa ter sucesso onde tantos outros falharam.
Então, para frente, vamos.
