Temná hmota tvořená simpy v galaxii. Kredit: Kavli IPMU

Podle současného stavu poznání to vypadá, že temné hmotě vděčíme za mnohé. Drží pohromadě veškerou hmotu vesmíru – galaxie, hvězdy, planety i naše vlastní těla. Potíž je v tom, že přes heroické úsilí temná hmota i nadále vzdoruje našim snahám o seznámení. Vzhledem k tomu mají mnozí za to, že temná hmota bude nějaká naprosto exotická záležitost, jako třeba supersymetrie a podobně. Možná ale o tak velkou exotiku v případě temné hmoty nejde.

Yonit Hochberg. Kredit: Weizmann Institute of Science

Yonit Hochbergová z Kalifornské univerzity v Berkeley a její kolegové přišli s teorií, že temnou hmotu tvoří částice, které jsou velmi blízké pionům. Piony, nebo též pí mezony, jsou v částicové fyzice nejlehčí mezony a zároveň také nejlehčí hadrony. V přírodě se vyskytují tři piony – kladně nabitý, záporně nabitý a neutrální. Piony jsou tvořeny horními a dolními kvarky a antikvarky. Jsou to nestabilní částice a rychle se rozpadají. Kladný a zápormý pion se rozpadnou za cca 26 nanosekund, nejčastěji na miony a mionová neutrina, zatímco z neutrálního pionu vznikne ještě mnohem rychleji záblesk gama záření.

Hitoshi Murayama, ředitel Kavli IPMU. Kredit: Kavli IPMU.

Piony nevznikají při radioaktivním rozpadu, ale často se s nimi setkáváme na výkonných urychlovačích částic, kde se objevují při srážkách hadronů. Všechny tři typy pionů vídáme při divokých srážkách částic vysokoenergetického kosmického záření s částicemi v pozemské atmosféře. Astrofyzici také nedávno zachytili gama záření charakteristické pro rozpad neutrálních pionů ze supernov.

Vytvářejí temnou hmotu simpy? Kavli IPMU.

Pokud mají Hochbergová a spol. pravdu, tak by temnou hmotu tvořily takzvané simpy (SIMP – Strongly Interacting Massive Particles). Podle člena týmu Hitoshiho Murayamy z Kalifornské univerzity a ředitele Kavliho institutu fyziky, matematiky a vesmíru při Tokijské univerzitě by doopravdy měli leccos společného s piony – stejný typ hmotnosti, stejný typ interakcí, stejný vztah k silné atomové síle jako piony.

Podle této nové teorie temná hmota v galaxiích nebo kupách galaxií nejspíš interaguje sama se sebou a ovlivňuje rozložení hmoty, čímž dělá paseku v našich pozorováních.

Nalevo rozložení temné hmoty podle klasických představ (s velkou koncentrací v centru galaxie), napravo rozložení temné hmoty tvořené simpy. Kredit: Kavli IPMU.

Temná hmota ze simpů by prý mohla vysvětlit do očí bijící rozpory mezi daty z vesmíru a počítačovými simulacemi. Výhodou je, že existenci temné hmoty ze simpů budeme moct prověřit v experimentech na Velkém hadronovém srážeči (LHC) a na vylepšeném japonském srážeči elektronů a pozitronů SuperKEKB.

Simpy by mohl nalézt i připravovaný experiment s velmi slibným jménem SHiP (Search for Hidden Particles) na druhém největším zařízení CERNu jménem Super Proton Synchrotron (SPS). Pak se ukáže, jestli temnou hmotu tvoří simpy anebo ne.


Seeking Clues to Our Origins in the Microcosmos
Kredit: UC Berkeley


ILC Tokyo Event Speech by Hitoshi Murayama at the banquet. Kredit: ILC.

Literatura
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe 22. 7. 2015, Physical Review Letters 115: 021301, Wikipedia (Pion, Strongly interacting massive particle).