Unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii actuale îl reprezintă materia întunecată. Acest concept a luat naștere în urma unor observații care au ridicat niște semne de întrebare astronomilor și astrofizicienilor. Se pare că gravitația majorității galaxiilor nu este suficient de puternică pentru a putea susține rotirea lor la viteze așa mari precum cele observate. Astfel, pentru a explica acest fenomen, experții au concluzionat că în componența galaxiilor mai există o masă invizibilă, ce ar echilibra calculele, denumită materie întuncată.
Ce știm despre materia întunecată?
Din păcate, materia întunecată este un fenomen suficient de misterios încât știm mai multe despre ce nu este decât despre ce e. Știm cu certitudine că există, deoarece fără ea materia vizibilă din univers nu poate explica modul în care acesta respectă legile fizicii. În plus, conform cercetărilor, știm că în componența universului se află doar 5% materie normală, vizibilă, și 27% materie întunecată (restul de 68% fiind energie întunecată, despre care nu vom vorbi acum). De asemenea, știm că materia întunecată nu este o formă de antimaterie, deoarece nu emite radiațile gamma specifice produse de anihilarea între aceasta și materia normală.
Totuși, există șanse ca materia întunecată să nu fie altceva decât o formă diferită a materiei normale (materie barionică, alcătuită din protoni, electroni, și neutroni). Acest caz presupune faptul că materia întunecată este alcătuită de fapt din găuri negre supermasive, stele neutronice, stele pitice albe și pitice maro. Acest colectiv de obiecte poartă denumirea de MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), și sunt foarte dificil de detectat, fapt ce ar putea contribui la misterul masei absente. Această teorie, însă, nu este foarte acceptată de comunitatea științifică, deoarece în urma observaților, obiectele din categoria menționată nu au un comportament care să explice în totalitate existența materiei întunecate.
Teoria cea mai acceptată științific este că materia întunecată nu este materie barionică, ci este alcătuită din particule mai „exotice”, denumite WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Aceste particule ar putea avea masa de 100 ori mai mare decât cea a unui proton, dar interacționează foarte slab cu materia normală, fapt ce le face foarte dificil de detectat. Cațiva candidați care ar putea explica materia întunecată sunt cele trei tipuri observate de particule numite neutrini. Despre ei știm că sunt foarte abundenți (provin din reacții ce au loc în interiorul Soarelui, bombardează Pământul constant, dar trec prin acesta fără să interacționeze aproape deloc) dar masele lor individuale nu pot explica decât o fracțiune din masa materiei întunecate. Alte posibilități includ neutralinii sau axionii, particule teoretice, strâns legate de Teoria Supersimetriei.
Cercetări în domeniu
Există o multitudine de cercetări și experimente pentru a dezvălui mai multe despre materia întunecată și pentru a descoperi particulele menționate anterior.
Proiectul de cercetare XENON este o colaborare între universități din întreaga lume pentru detectarea materiei întunecate. Centrul unde au loc experimentele se află în Italia, la Gran Sasso National Laboratoy, cel mai mare centru de cercetare subteran din lume. Motivul pentru care experimentele se desfășoară sub pământ este pentru a evita contaminarea cu radiații cosmice care lovesc suprafața Pământului în permanență. Aici, printr-o serie de experimente, se încearcă detectarea proceselor de scintilație și ionizare în interiorul unor recipiente umplute cu xenon. În cadrul experimentului XENON1T, în aprilie 2019, s-au detectat doi neutrini rezultați în urma procesului de dezintegrare a atomilor de xenon. Această realizare, pe lângă faptul că este cel mai rar eveniment natural observat până acum, dovedește că tehnologia folosită de către echipă este foarte versatilă și poate detecta interacțiuni rare între materia întunecată și materia normală.
Observatorul de neutrini de sub gheața Antarcticii, IceCube, este de asemenea o colaborație internațională concentrată pe descoperirea proprietăților neutrinilor și a naturii materiei negre.
LUX (the Large Underground Xenon dark-matter experiment) este încă un proiect ce caută informații despre materia întunecată, mai ales semne ale particulelor de tip WIMP. Însă, nu a descoperit nimic până acum.
Chiar și pe Stația Spațială Internațională există un detector de particule numit AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) care cercetează radiațile cosmice pentru semne ale materiei întunecate.
Materia întunecată este unul dintre cele mai fascinante subiecte din știință. Experți din toate țările colaborează în multe proiecte pentru a desluși acest mister, folosind echipamente de ultimă generație. Sperăm să auzim cât mai mult noutăți din domeniu.
