Un nou model fizic arată că la circa o picosecundă după Big Bang ar fi putut lua naștere gravitoni masivi care să reprezinte la ora actuală marea cantitate de materie întunecată din Univers. Acest model are însă nevoie de extra-dimensiuni, deci dimensiuni ale Universului în plus față de cele trei spațiale și una temporală care există la ora actuală.

Materia întunecată

Se pare că Universul este compus în mare parte din materie și energie întunecate. Circa 95% din Univers ar fi alcătuit din aceste substanțe pe care încă nu le-am înțeles. Materia întunecată este acea formă de materie care nu emite lumină și pe care o măsurăm doar datorită efectelor gravitaționale asupra materiei vizibile. Influențează viteza de rotație a stelelor în periferia galaxiilor de exemplu. Alternativa ar fi cum că teoria gravitației nu este valabilă, există însă motive care ne fac să credem că în Univers există totuși o materie întunecată pe care o căutăm în diverse experimente.

Cum căutăm materia întunecată?

Experimentele care încearcă să descopere materia întunecată folosesc diverse metode în cadrul cărora pot descoperi doar anumite forme de materie întunecată. Există experimente atât în laboratoarele subterane – care caută să descopere materia întunecată care provine din spațiu și interacționează cu detectoarele noastre, cât și experimente la acceleratoare care încearcă să o genereze în urma ciocnirilor fasciculelor de particule – în mod asemănător cu metoda folosită pentru descoperirea bosonului Higgs. Mai sunt și alte metode folosite în cazul unor posibile particule de materie întunecată, precum axionii, care se presupune că au masa extrem de mică și atunci este nevoie de experimente capabile să observe alte fenomene care sunt generate de interacțiunea axionilor cu materia normală. Până în prezent însă nu au fost descoperite urme credibile de materie întunecată în experimentele noastre.

Tipologii de materie întunecată

Pe lângă axionii deja amintiți, au fost căutate alte tipuri de particule. Așa-numitele WIMPS, particule masive, care interacționează extrem de slab cu materia normală – căutate în special la experimentele subterane. O altă tipologie ar fi particulele supersimetrice – o dublură a particulelor din Modelul Standard care însă ar avea masa mult mai mare și spin opus (spinul fiind o proprietate cuantică a particulelor). Nici acestea – căutate în mod specific la acceleratoare – nu au fost încă descoperite. În acest context se studiază noi posibilități – una dintre acestea ar fi gravitonii masivi.

Gravitonii masivi ca materie întunecată

Într-un articol publicat recent în Phys. Rev. Letters se studiază din punct de vedere teoretic un model în care Universul ar avea dimensiuni în plus – extra-dimensiuni – care la ora actuală ar fi „compactate” (adică împăturite sau ghemuite). La început, imediat după Big Bang, în acest Univers gravitația ar fi dat naștere unor gravitoni (purtători ai interacțiunii gravitaționale) masivi – deci cu masă. Ca acești gravitoni să explice cantitatea de materie întunecată observată în prezent ar fi trebuit să ia naștere la circa 1 picosecundă (adică 10 la puterea minus 12 secunde) după Big Bang – și să aibă o masă sub 1 MeV (masa protonului în această unitate este de circa 938 MeV).  Acest lucru s-ar fi întâmplat după ce mecanismul Higgs ar fi avut loc – mecanismul care dă masă particulelor.

Evident nu știm dacă așa stau lucrurile – fiind acesta doar un model. Model însă care arată cum că există multe posibilități pentru materia întunecată – unele dintre acestea nu ar fi descoperite în experimentele actuale. Ba mai mult, cercetătorii studiază posibilitatea altor particule – precum așa-numiții radioni – particule scalare ipotetice.

În viitor vor fi desigur pregătite noi experimente – cu metode care să fie capabile pe cât posibil să descopere și aceste forme de materie întunecată – precum gravitonii masivi.

Credit imagine: Cai, Cacciapaglia & Lee

Rubrică realizată 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, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe