Najdeme temné chameleony? Kredit: Marc Staub / Wikimedia Commons.

Už je to důvěrně známý příběh, ale stále má něco do sebe. Všichni si mysleli, že se rozpínání vesmíru bude časem zpomalovat, protože v něm působí gravitace. Ale na sklonku devadesátých let vyšlo při studiu supernov najevo, že rozpínání vesmíru ve skutečnosti zrychluje. Což byl naprostý šok. Když se z toho astrofyzici trochu vzpamatovali, tak zrychlující rozpínání vesmíru potvrdili ještě dalšími kosmologickými fenomény. Když ale rozpínání vesmíru zrychluje, tak co to zrychlování pohání?

Experiment s lovem temných chameleonů. Kredit: Simca Bouma.

Klasické koncepty byly najednou v koncích a tak vědci vymysleli něco, co mnohým připomíná vyvolávání duchů a přízraků. Objevila se temná energie, o které spolehlivě víme téměř jenom jednu jedinou věc – že je zodpovědná za zrychlování rozpínání vesmíru. Jenže co je temná energie zač? Prý jsou v zásadě dvě možnosti – buď je to energie ukrytá v samotném vakuu, tedy v podstatě kosmologická konstanta, jak ji vymyslel Einstein v roce 1917, anebo jde o kvantové pole, které vyplňuje prostor a nafukuje ho jako balónek. Jenže obě dvě tyto možnosti jsou velmi problematické.

Teoretici spočítali, jak by kosmologická konstanta měla vypadat a vychází jim příliš velká na to, aby poháněla pozorované zrychlování rozpínání vesmíru, které není zase tak moc divoké. Existence kvantového pole, které by vysvětlovalo temnou energii, by zase ovlivňovala oběžné dráhy planet ve Sluneční soustavě a podobné věci, což se podle všeho neděje. Pokud jsou až sem úvahy vědců správné, tak povaha temné energie tkví v něčem doopravdy speciálním, jako jsou třeba chameleonské částice, čili temní chameleoni.

Justin Khoury. Kredit: University of Pennsylvania.

Temné chameleony vymysleli v roce 2003 a jsou to částice, které přizpůsobují prostředí, v němž právě jsou. Proto chameleoni. Hmotnost chameleonských částic by měla být proměnlivá, podle hustoty energie v okolním prostředí. Na Zemi by byla nepatrná, proto jsme tyhle částice ještě neobjevili. V mezihvězdném prostoru by ale byla velká a její působení by mohlo pohánět zrychlování rozpínání vesmíru. Upřímně řečeno, je to dost šílený koncept, ale samotná temná energie je natolik přízračná, že si možná žádá právě nějaké šílené řešení. Podstatnou výhodou temných chamaleonů ale je, že jejich existenci lze ověřit tady na Zemi, s použitím soudobých technologií.

Clare Burrage. Kredit: C. Burrage.

V září 2014 jsme na OSLU psali, že do lovu temných chameleonů pouští Clare Burrageová z Univerzity v Nottinghamu a její kolegové. Drželi jsme jim palce, ale štěstěna vědy se od nich nakonec odvrátila. Jimi navržený postup zaujal teoretického kosmologa Justina Khouryho z Pensylvánské univerzity a jeho spolupracovníky, kteří nakonec Burrageovou a spol. předběhli. Tak už to ve vědě chodí. Burrageová neskrývá zklamání, ale na druhou stranu, Khoury je jeden z původních tvůrců samotné myšlenky chameleonských částic a jeho tým měl k dispozici potřebné zařízení, zatímco Burrageová a spol. by ho nejdřív museli postavit.

Jak vypadá lov na temné chameleony? Potřebujete hliníkovou kuličku o průměru 9,5 milimetru, oblak 10 milionů ultrachladných atomů cesia, vakuovou komoru a výjimečně citlivou atomovou inteferometrii.

Rozpínání vesmíru se zrychluje. Kredit: Ann Feild (STScI).

Vědci ve vakuové komoře vypouštěli atomy cesia nejprve ve vzdálenosti 8,8 milimetru nad hliníkovou kuličkou, kde by na atomy případně mělo působit chameleonské pole a pak také bezprostředně u hliníkové kuličky, kde by na atomy chameleonské pole působit nemělo. Atomovým interferometrem měřili zrychlení atomů a zjišťovali, jestli je stejné anebo jestli v prvním případě (tedy při vypuštění 8,8 milimetru od kuličky) zrychlují víc, což by svědčilo pro existenci chameleonského pole a tudíž i chameleonských částic.

Ať Khoury a spol. měřili jak měřili, atomy cesia zrychlovaly stále stejně. I když je to asi moc nepotěšilo, povedlo se jim experimentálně vyloučit existenci temných chameleonů, jejichž interakce s hmotou je mnohem silnější, než gravitace. Khoury to ještě nevzdává a hodlá významně zpřesnit měření, což by mohlo potvrdit existenci temných chamaleonů, jejichž interakce s hmotou by byla slabší. Anebo ji vyvrátit a definitivně tak temné chamaleony vyhnat do říše pohádek. I kdyby prý ale tenhle koncept zahynul, tak ještě zbývají další možnosti, jak by mohlo existovat doposud nepozorované kvantové pole, které vytváří temnou energii a přivádí tím astrofyziky k šílenství.



Video:  Snaring a dark energy 'chameleon'


Literatura
Science News 20. 8. 2015, Science 349: 849-851, Wikipedia (Dark, energy, Chameleon particle).