Co když je vysvětlení temné hmoty docela prosté?

Teoretičtí fyzici z Vanderbiltu navrhují, že temnou hmotu tvoří Majoranovy fermiony s magnetickými anapóly. Kvůli jejich výstřední povaze je není snadné objevit, mohly by je ale doložit či vyvrátit již běžící experimenty hledající temnou hmotu, například XENON100.

Zvětšit obrázek

Je anapól podstatou temné hmoty? Kredit: Michael Smeltzer / Vanderbilt University.

Je ještě vůbec naděje vymyslet originální hypotézu o temné hmotě? Mysteriózní substance se zatím brání zuby nehty. Fyzici zkusili skoro všechno možné. Prozatím ale nefungovala ani baterka Raje Koothrappaliho. Třeba by řešení mohlo být poměrně jednoduché a zároveň testovatelné.

Zvětšit obrázek

Robert Scherrer a Chiu Man Ho. Kredit: Vanderbilt University.

Právě takový nápad měli dva teoretičtí fyzici z Vanderbiltovy univerzity, Robert Scherrer a Chiu Man Ho, jejichž práci nedávno publikoval časopis Physics Letters B. Dotyční pánové navrhují, že by nepolapitelná temná hmota mohla být tvořená Majoranovými fermiony. Fermiony jsou částice s poločíselným spinem, čili kvarky a leptony, včetně elektronu. Majoranův fermion je ovšem specialita. Je to fermion, který je svojí vlastní antičásticí. Mezi bosony, jako je foton či gluon, to není až taková pecka. Doopravdický Majoranův fermion zatím ale ještě nikdo neviděl, i když ho Ettore Majorana předpověděl už v roce 1937, nedlouho před svým záhadným zmizením.

Vlastně to není až tak originální myšlenka. Na temnou hmotu z Majoranových fermionů si myslel už nejeden teoretický fyzik. Ale Scherrer a Ho přišli s tím, že by Majoranovy fermiony temné hmoty měly mít pozoruhodný typ elektromagnetického pole ve tvaru donutu čili koblihy s dírou uprostřed. Mělo by jít o polární, neboli magnetický toroidální dipól, též známý jako anapól. Díky anapólu se podle Scherrera a Ho temná hmota tolik liší od běžné viditelné hmoty, tvořené částicemi, jejichž pole mívají dva póly. A kvůli němu je tak těžké temnou hmotu nalézt. Povaha Majoranových fermionů neumožňuje, aby měly jiné elektromagnetické pole než právě anapól. Existenci anapólů předpověděl na sklonku padesátých let Jakov Zeldovič a během let byly pozorovány v jádrech atomů cesia 133 a ytterbia 174.

Zvětšit

Nahoře anapólové pole, uprostřed a dole elektrický, respektive magnetický dipól. Kredit: Michael Smeltzer / Vanderbilt University.

Proč je podle autorů vlastně tak těžké nalézt částice s anapólem? Běžné částice s důvěrně známými elektrickými a magnetickými dipóly interagují s elektromagnetickým polem, i když jsou úplně v klidu. Částice s anapóly to tak jednoduché nemají. Před interakcí se musejí pohybovat, čím rychleji, tím lépe. Vzhledem k tomu by částice anapólové temné hmoty byly mnohem společenštější na úsvitu vesmíru než dnes a s tím, jak vesmír postupně vychládal, se částice stávaly línějšími a netečnějšími. Proto je podle Scherrera a Ho s nimi taková potíž.

Zvětšit obrázek

Ettore Majorana. Kredit: volně dostupné, Wikimedia Commons.

Scherrer podotýká, že většina konceptů temné hmoty zahrnuje působení exotických sil, které v běžném životě obvykle nepotkáváme. Hypotéza anapólové temné hmoty naproti tomu pracuje s prachobyčejným elektromagnetismem, jen ho svérázným způsobem zkroutí. Pozoruhodné rovněž je, že předpovědi modelu anapólové temné hmoty Scherrera a Ho by podle všeho mohl ověřit experiment XENON100, který od roku 2008 běží se 165 kilogramy kapalného xenonu v podzemních laboratořích částicové fyziky u italské hory Gran Sasso. Scherrer věří, že se díky podzemním experimentům brzy dozvíme, zda je temná hmota doopravdy záplavou Majoranových fermionů s anapóly anebo něco zhola jiného.