Objevíme temné záření? Kredit: Test-Grave.

Relativističtí fyzici si teď užívají celoplanetární slávu, naprosto zaslouženě. V hájemství fyziky ale ještě zbývá celá řada velkolepých záhad, které čekají na svoje LIGO. Na experiment, který prolomí letitou smůlu a přinese úrodu v podobě Nobelovy ceny. Zachycení gravitačních vln vytvořilo nesmírný tlak na vědce pátrající po temné hmotě, temné energii, a podobných zásadních fenoménech. Mnozí se budou v hloubi duše ptát – když oni chytili gravitační vlny, proč jsme zatím neuspěli my? Co děláme špatně? A děláme toho dost? Určitě můžeme čekat ještě zavilejší výzkum ve snaze konečně přistihnout temnou hmotu, která se nám už nepokrytě vysmívá.

Jonathan Feng. Kredit: UC Irvine.

Je to skličující, když netušíme, co je zač 95 procent hmoty a energie ve vesmíru. Temná hmota a temná energie tvoří temný sektor (dark sector) vesmíru, do něhož se teď fyzici snaží vlámat. Kdybychom chtěli vyjmenovat všechny hypotézy o původu temné hmoty, byl by dlouhý seznam. A celá řada z nich je ještě stále ve hře. Až ale některý z experimentů konečně odhalí pravou podstatu temné hmoty, tak to nebude objev století, ale hned celého tisíciletí. Konečně se dozvíme, z čeho tenhle vesmír vlastně je. Proto hon na temnou hmotu pokračuje, se stále větší intenzitou.

Zajímavý směr hledání temné hmoty představují temné fotony (dark photons). Jak už jméno napovídá, jsou to hypotetické protějšky nám důvěrně známých fotonů z temného sektoru. Podle některých představ by právě temné fotony mohly být tolik hledaným propojením mezi viditelným sektorem (light sector) a temným sektorem vesmíru. Temné fotony si představujeme jako nositele elektromagnetické síly v temném sektoru, fungovalo by to tedy jako „temný elektromagnetismus“. Pokud jsou úvahy o temných fotonech správné, tak by měly ovlivňovat temnou hmotu, tak jako fotony působí na viditelnou hmotu. Když by se v nitru Slunce navzájem anihilovaly dvě částice temné hmoty, tak by při tom vyzářily temné fotony. V takovém případě by vlastně nebylo úplně od věci mluvit o temném slunečním záření.

Modul AMS-02 na Mezinárodní vesmírné stanici. Kredit: NASA.

Jestli temné fotony existují, tak bychom je nemohli pozorovat přímo. Jsou přece z temného sektoru. Někteří vědci se ale domnívají, že se temné fotony mohou rozpadat na známé částice Standardního modelu, jako jsou elektrony nebo pozitrony. A podle Jonathana Fenga z Kalifornské univerzity v Irvine a jeho kolegů by takové pozitrony shodou okolností mohl zachytit částicový detektor Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), který máme nainstalovaný na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Detektor AMS je sice zkonstruovaný tak, že může lovit pozitrony, ať už vznikly kdekoliv ve vesmíru kolem nás, podle Fenga by ale AMS měl zachytit pozitrony ze Slunce, tak mezi jedním až deseti pozitrony za tři roky.

Lidé experimentu Muon g – 2. Kredit: Fermilab.

Stephen West z Royal Holloway, University of London tvrdí, že když už budeme schopni určit, že zachycené pozitrony přiletěly přímo od Slunce, tak nezbývá mnoho jiných vysvětlení, než právě temné fotony. Zároveň ale varuje, že i kdyby temné fotony existovaly, tak nemusíme zmíněné pozitrony ze Slunce najít, protože se temné fotony mohou rozpadat na nějaké jiné, rovněž temné částice. A ty nemáme jak zpozorovat.

Temné fotony prozatím nemají ve fyzice na růžích ustláno. Před časem se objevil návrh, že by právě temné fotony mohly vysvětlit takzvanou Anomálii g – 2 (g mínus 2), kterou před časem objevili v Brookhavenské národní laboratoři. Týká se parametru g – 2, což je magnetický moment mionu. Stručně řečeno, magnetický moment mionu není roven přesně 2, protože má svoji anomální část (anomalous magnetic dipole moment), za kterou mohou virtuální částice, které se zjevují a zase mizí jako duchové. Zároveň lze parametr g – 2 velmi přesně změřit. Vtip je v tom, že Brookhavenské národní laboratoři naměřili hodnotu nápadně odlišnou od teoretických předpovědí. To je nutné vysvětlit, a jednou z možností jsou právě temné fotony.

Když se fyzici zaměřili na temné fotony kvůli Anomálii g – 2, tak záhy jejich existenci z velké části vyloučilo hned několik experimentů, včetně detektoru PHENIX srážeče RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v samotném Brookhavenu. Ještě přesnější měření g – 2 mionu by měl poskytnou nový experiment Muon g – 2 ve Fermilabu. Pokud jde o temné fotony v nitru Slunce, Feng každopádně neztrácí optimismus. Když podle něj najdeme jenom pár pozitronů ze Slunce, tak to bude znamenat temné fotony a vítězství.


Video:  "Dark Matter" by Jonathan Feng

Video:  Caltech Asks: What's the Matter? Searching for Meaning in a Cold, Dark Universe


Literatura
NewScientist 10. 2. 2016, arXiv:1602.01465, Wikipedia (Dark photon, Alpha Magnetic Spectrometer).