0. Wstęp do meritum.
Wstępnie, chciałem tylko ogłosić meritum. Jest nim poszukiwanie ciemnego fotonu, cząstki, która oddziałuje z ciemną materią jak i ze zwykłą, powodując, iż mamy kandydata pozwalającego 'zobaczyć' ciemną materię. Tak w skrócie, więcej będzie w meritum, bo meritum ma to do siebie, że praktycznie unieważnia cały bełkot poza nim. Dlatego mój wstępniak ma numer zero, terefere, meritum nic mu nie zrobi, bo jak zrobić coś czemuś, czego nie ma? Dlatego lubię tu wypisywać bzdury, harmider i chaos to moje drugie imię, ale tylko we wstępniaku.
Ładna pogoda dzisiaj! :)
1. Początki poszukiwań ciemnego fotonu.
W 2016 roku rozpoczęły się poszukiwania w CERN pewnej cząstki, nazywanej ciemnym fotonem. Szukano dowodu na jego istnienie. Są one niejako pomostem pomiędzy materią widzialną - która stanowi wszystko dookoła nas - oraz ciemną materią, tajemniczą, niewidoczną gołym okiem, wyzierającą z otchłani Kosmosu. Gdyby został znaleziony, ten ciemny foton, zmieniłby rozumienie fizyki na zawsze, wchodząc bardzo głęboko we wszystkie zależności między cząstkami z Modelu Standardowego.
Myśląc o grawitacji, można dostrzec pewną zależność. Wyliczono, że jest za mało widzialnej materii, generującej grawitację trzymającą Kosmos w całości, tak, by Wszechświat nie rozpadł się na kawałki. Otrzymano absurdalny wynik: 85% materii w Kosmosie musi być 'ciemną', by nasz Kosmos był taki, jaki jest; po prostu brakuje zwykłej materii, a grawitacja i obserwacje jej działania wskazują na konieczność istnienia dodatkowych wielkości.
Mówi się, że ciemna materia jest ukryta ponieważ nie reaguje ze spektrum elektromagnetycznym, czyniąc ją niewidoczną dla naszych urządzeń pomiarowych.
Ale żeby hipoteza ciemnej materii nie rozpadła się w pierony, musi istnieć jakaś inna siła w Kosmosie (poza grawitacją), dzięki której ciemna materia mogłaby wchodzić w interakcję z materią widzialną.
Ciemne fotony? Stworzono hipotezę istnienia dodatkowych cząstek, takich, które są odpowiedzialne za kontakt między materią ciemną i widzialną. Ciemne fotony mogłyby być nośnikiem nowej siły tak samo, jak foton światła przenosi siłę elektromagnetyczną.
2. Ciemny foton - czym jest, a właściwie - czym mógłby być.
Ciemny foton to coś jakby mediator. Wyobraźcie sobie dwóch ludzi, którzy mówią innymi językami (widzialna materia i ciemna). Nie mogą się ze sobą porozumieć, poza językiem na migi (-piłka! - aaa, piłka 'o'! - do metalu!). Taki jakby tłumacz dla ubogich, mediator rozumiejący jeden język i mówiący w drugim.
Istnieje tylko jeden, malutki problem. Nie wykryto ciemnego fotonu =) Dopóki go nie zobaczymy, naprawdę nie ma o czym mówić, i cała machina stoi w miejscu.
3. Poszukiwań ciemnego fotonu ciąg dalszy.
CERN rozpoczął poszukiwania w roku 2016. Ta sama ekipa, która poszukiwała bozonu Higgsa (znaleźli go! We landed on the Moon!) przygotowuje eksperymenty, które mogłyby odnaleźć ciemny foton.
Projekt NA64 poszukiwał śladów interakcji widzialne - ciemne na podstawie dobrze znanego prawa zachowania energii. Mówi ono, że w zamkniętym układzie energia jest zachowana (stała) w przeciągu pewnego interwału czasowego.
Fakt, że tworząc system zamknięty, można dokładnie zmierzyć ilość energii wewnątrz układu, jest dobrze znany. Ustawiając promienie elektronów, które emitowałyby fotony, można stwierdzić, czy ilość energii uległa zmianie, wskazując, że coś niedostrzegalnego dzieje się wewnątrz systemu, być może to ciemny foton? Strumienie elektronów miały dobrze znaną energię i zostały skierowane w detektor. Interakcje między przybywającymi elektronami a jądrami atomów 'produkowały' widzialne fotony.
Mierzono energię tych fotonów - powinna się zgadzać z energią elektronów. Jednakże, gdyby istniał ciemny foton, uchodziłby on sprzed detektora, unosząc ze sobą znaczny ułamek energii początkowej elektronów. W ten sposób można by dostrzec dostrzegalny znak istnienia fotonów poszukiwanych z językiem na brodzie. To byłaby tylko wskazówka, ale za to bardzo wiele mówiąca w kwestii prawdopodobieństwa istnienia fotonów w wersji dark.
4. Wnioski z fizycznej wioski.
Dopóki bezpośrednio nie zaobserwujemy, w jakikolwiek sposób, istnienia ciemnego fotonu, podobnie, jak było w przypadku bozonu Higgsa, praca naukowców ukazuje jedynie hipotezy. Nie można zbytnio opierać i wyciągać logicznych wniosków z hipotezy o oddziaływaniu ciemnych fotonów, dopóki się ich nie wykryje. Fotonów. Ciemnych.
Być może wykrycie ciemnego fotonu byłoby pierwszym krokiem do stwierdzenia, że ciemna materia istnieje naprawdę; co więcej, moglibyśmy powiedzieć więcej o tym, jak działa Wszechświat. Jeśli jednak nasz sposób myślenia o ciemnej materii się rozpadnie, takoż i uderzyłoby to w nasze rozumienie grawitacji i wielu innych siłach rządzących Kosmosem.
5. Ciąg dalszy, bo wkraczają nowe pomiary.
Ciągiem dalszym poszukiwań ciemnego fotonu okazał się fakt, że one najprawdopodobniej nie istnieją. Na to wskazują badania Stałej Struktury Subtelnej. Jest to podstawowa stała fizyczna, która opowiada nam bardzo dużo o sile oddziaływań elektromagnetycznych. Stała ta nie ma jednostki, jest kombinacją stałej Plancka, prędkości światła i ładunku elektronu - piękne coś nam z tego wychodzi, ale dalej jest jeszcze weselej. Dodanie do zupy stałych przenikalności elektromagnetycznej próżni daje w rezultacie niezły bigos - (alpha) = e^2/h x c x 4 (pi) e.0. To danie to jedna z najpiękniejszych stałych fizyki - wyraża pewne zależności istniejące między tymi 3 wielkościami. Dodaje smaczku fakt, że związek ten to: (zasady mechaniki kwantowej), (teoria względności) i (elektrodynamika). Czy może być coś piękniejszego dla fizyka, że skonstruowanie (alpha) w wyżej podany sposób daje liczbę ~1/137?
Pomiary tej wielkości potrafią nieźle namieszać, ale i pozwalają na pójście prosto w gąszcz podwalin fizyki. Stała Struktury Subtelnej jest na dodatek bezwymiarowa... Ale dość tego piękna bo oczy puchną ;)
Ultra precyzyjne pomiary tejże wielkości pomagają w lepszym rozumieniu także Modelu Standardowego i cząstek elementarnych. Badania wskazują na coś dla nas bardzo ważnego: ciemne fotony mogą nie istnieć. Liczba 1/137 rządzi interakcjami elektromagnetycznymi, np. tymi, które trzymają elektron w atomie. Poprzednie badania nie były pomiarami bezpośrednimi. Polegały na zmierzeniu właściwości magnetycznych elektronu i przeprowadzeniu złożonych obliczeń teoretycznych.
6. Dziś, niedawno, całkiem blisko w czasie - nowe pomiary, nowe wnioski.
Dokonano wystrzelenia w kierunku atomów cezu z lasera, aby uzyskać superpozycję kwantową - dziwny stan w którym atom jest w dwóch miejscach jednocześnie. Podglądano przez świetne mikroskopy jak cez wchodzi między sobą w interakcję, kiedy powracał do normalnego stanu. Te oddziaływania pokazują, jak szybko atom się poruszał, gdy został postrzelony laserem (nine bójcie się, nie zafunduję Star Treka czy innego sci-fi - tu mamy sci bez fi!). I tak uzyskano nowe wyniki pomiaru Stałej Struktury Subtelnej.
Jeśli rezultat byłby niezgodny z poprzednim pomiarem, mogłoby to wskazywać na możliwość istnienia nowych cząstek
Jednak rezultaty badań zgadzały się z poprzednimi. Wskazuje ów fakt na inny fakt - elektron, najprawdopodobniej, nie jest złożony z mniejszych cząstek. To właściwie wyklucza istnienie ciemnych fotonów. Ciemne fotony miałyby masę i wchodziłyby w interakcję ze znanymi cząstkami. Szkoda...
7. Zapachniało, zajaśniało - wnioski z wioski, ach to Wy!
Na końcu nie ma suspensu. Jest jak jest, nie mamy do czynienia z ciemnym fotonem, chociaż gdzieś tam nadzieja się tli. Żeby było strasznie, dziwnie i koniecznie odlotowo, jak w dobrym sci-fi. Ziemia nas wzywa, nowe obowiązki, stare obowiązki, ale mam nadzieję w tym całym gulaszu na jedno - że będziemy się czytać strukturalnie, stale i subtelnie.
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz