Materia întunecată în Univers „cântăreşte” mai mult decât materia pe care o vedem. Cercetătorii cred că este compusă din particule încă nedescoperite. Recent însă a fost propusă o nouă idee: materia întunecată ar putea să fie alcătuită din cuarci normali – la fel ca cei pe care îi cunoaştem din protoni şi neutroni – însă organizaţi într-o altă structură imediat după Big Bang.

Nu mai este un mister faptul că oamenii de ştiinţă sunt convinşi că în Univers există o materie invizibilă, chemată materia întunecată, care nu emite lumină şi deci pe care nu o vedem, dar atracţia ei gravitaţională este cea care domină structurile din Univers. Dacă măsurăm viteza stelelor în periferia galaxiilor, inclusiv a noastră, vedem cum că aceasta este mult mai mare decât ceea ce rezultă din calcule ţinând cont de atracţia gravitaţională exercitată de materia vizibilă. Concluzia este că în Univers există o materie întunecată, pe care cercetătorii o caută de mulţi ani în experimente la acceleratoarele de particule, unde încearcă să o genereze în coliziunile la energii extreme între fasciculele de particule, dar şi în laboratoare subterane unde încearcă să măsoare interacţiuni ale particulelor de materie întunecată care ajung pe Pământ din Univers cu detectoare de particule extrem de sensibile.

Ce anume caută cercetătorii? Particule exotice – care nu ar face parte din aşa-numita familie a particulelor Modelului Standard ci ar fi particule „dincolo” de Modelul Standard – adică particule precum cele supersimetrice, existenţa cărora fiind prevăzută în cadrul anumitor teorii.

La ora actuală însă nici urmă de aceste particule! Nu au fost descoperite nici la acceleratoare, nici în laboratoarele subterane. Misterul rămâne.

În acest context o idee ar fi cum că de fapt materia întunecată nu este compusă din particule „dincolo” de Modelul Standard, ci din cele care alcătuiesc Modelul Standard organizate însă în alt mod. Tocmai această idee a fost propusă de doi cercetători de la University of York, Mikhail Bashkanov şi Daniel Watts, într-un articol publicat recent în revista Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics.

Cei doi cercetători arată cum cuarcii care compun protonii şi neutronii, adică up şi down, se pot organiza şi în structuri care conţin mai mulţi cuarci decât cei din nucleoni. Dacă în fiecare proton şi neutron se găsesc trei cuarci (2 de tip up în proton şi unul de tip down; 2 cuarci down şi unul up în neutron) există se pare particule – aşa-numite d-hexacuarci, compuse din şase cuarci: d*(2380), care conţin trei cuarci up şi trei cuarci down. Ei bine, cei doi cercetători susţin că imediat după Big Bang, din aşa-numita supă de cuarci şi gluoni (quark-gluon plasmă) ar fi luat naştere extrem de multe d*, care, fiind particule de tip bosonic, s-ar fi unit chiar mii sau zeci de mii împreună într-un aşa-numit condensat Bose-Einstein, o nouă formă de materie, a cincea formă, care ia naştere în condiţii particulare, în care mecanica cuantică domină la o scară macroscopică. Aceşti „bulgări” de materie condensată ar putea reprezenta materia întunecată, fără deci să fie necesară existenţa unor particule misterioase pe care încă nimeni nu le-a văzut. De menţionat faptul că ideea nu este nouă, în trecut au fost propuse particule formate din cuarci, precum aşa-numitele stări profund legate (deeply bound state) cu cuarci stranii (cuarci din a doua familie) care ar avea acelaşi rol precum condensaţii de d*.

În articolul despre care vorbim autorii au prezentat inclusiv posibile dovezi experimentale, adică urme ale acestor stări exotice de materie, care ar putea demonstra existenţa acestora, atât în experimente de fizică nucleară cât şi în astrofizică. Ar putea fi de exemplu căutate urme ale dezintegrării acestor „bulgări” în urma interacţiunii acestora cu raze cosmice.

Rămâne de văzut dacă observaţii astronomice sau experimente dedicate vor confirma existenţa acestor condensate de d*, caz în care căutarea altor forme de materie întunecată ar putea să nu mai fie necesară.

[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]