Materia întunecată ar putea interacţiona cu cea pe care o cunoaştem doar prin interacţiunea gravitaţională; în acest caz este imposibil de măsurat la acceleratoarele de particule. Un grup de cercetători a propus folosirea a miliarde de micro-pendule mecanice – o reţea care vibrează la trecerea unei particule de materie întunecată.

Materia întunecată este această misterioasă materie care nu emite lumină şi atrage gravitaţional materia normală, făcând-o să „danseze” în structurile cosmice din Univers: galaxii şi grupări de galaxii. Materia întunecată din câte ştim la ora actuală interacţionează cu materia vizibilă doar prin interacţiunea gravitaţională; se speră – însă nu avem certitudinea că aşa este – că ar putea interacţiona cu materia normală şi prin forţe încă necunoscute. Din acest motiv au fost propuse şi construite multe experimente atât la acceleratoare de particule cât şi în laboratoare subterane unde să caută aceasta a cincea forţă – cea prin care materia întunecată ar interacţiona cu materia normală. Dacă însă aceasta nu există? Dacă aşa stau lucrurile experimentele care vânează particule de materie întunecată prin interacţiuni pe care acestea le-ar avea cu materia vizibilă nu vor vedea nimic! Ce putem face însă în această situaţie?

Un grup de cercetători a propus o soluţie extrem de ingenioasă, care se bazează doar pe interacţiunea gravitaţională între materia întunecată şi materia normală.

Practic, într-un articol publicat recent în revista Physical Review D, un grup de cercetători a propus realizarea unei reţele care să cuprindă miliarde de micro-pendule, organizate într-un cub cu latura de circa 10 metri. La trecerea particulelor de materie întunecată acestea ar interacţiona gravitaţional cu pendulele practic făcându-le să se oscileze, urmărind parcursul materiei întunecate. Ar fi inclusiv posibil să se determine direcţia de unde provine materia întunecată. Pendulele ar fi menţinute la temperatură extrem de joasă – apropiată de zero absolut, 0K.  În plus reţeaua de pendule ar trebui izolată de razele cosmice – deci eventual experimentul ar trebui să fie efectuat într-un laborator subteran – şi de radioactivitatea din mediul înconjurător – care ar emite particule ce ar putea da semnale în aparat, semnale însă care nu au nimic de-a face cu materia întunecată. Când ar intra o particulă de materie întunecată pendulele ar oscila de-al lungul traiectoriei acesteia întrucât aceasta ar atrage gravitaţional aceste micro-pendule.

Ce fel de particule de materie întunecată ar putea „vedea” un astfel de instrument? Doar pe cele care au o masă capabilă să exercite o atracţie gravitaţională asupra pendulelor măsurabilă; ceea ce înseamnă că eventuale particule de materie întunecată cu masa asemănătoare protonilor nu ar fi detectate. Calculele arată cum că materia întunecată – ca să fie măsurată de reţeaua de pendule – ar trebui să fie compusă din particule care au masa cuprinsă între câteva micrograme şi câteva miligrame – deci o masă mult mai mare decât particulele cunoscute. Acest interval de mase este interesant întrucât conţine aşa-numita masă a lui Planck (22 micrograme) – definită de trei constante fundamentale ale Universului, o masă care joacă un rol deosebit în fizică (masa lui Planck închisă într-un volum cu raza egală cu lungimea lui Planck, circa 10 la puterea minus 35 metri!, ar forma o mini-gaura neagră). Există însă materie întunecată compusă din particule cu masă atât de mare? Nu ştim! Ar putea însă – conform unor teorii – exista; agregate de cuarci – extrem de mulţi – care conţin cuarci stranii (strange) ar putea forma aşa-numiţii strangelets stabili; cu cât mai mulţi cuarci stranii – cu atât mai stabilă ar fi particula rezultată! Ar trebui însă efectuate mai multe măsurători asupra cuarcilor stranii să ştim dacă într-adevăr pot forma strangelets. Acest lucru îl facem de exemplu la acceleratorul DAFNE de la Frascati în cadrul experimentului SIDDHARTA-2, care măsoară cât de puternică este interacţiunea cuarcilor stranii cu materia nucleară.

Ar putea însă exista şi alte particule cu masă atât de mare precum masa lui Planck!

Rămâne de văzut dacă se va reuşi construirea acestei reţele de penduluri care să vâneze materia întunecată pe baza doar a interacţiunii gravitaţionale ale acesteia cu materia normală. Ar fi extrem de interesant!

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]