Materia intunecata este aceasta misterioasa materie care nu emite lumina si atrage gravitational materia normala, facand-o sa „danseze” in structurile cosmice din Univers: galaxii si grupari de galaxii. Materia intunecata din cate stim la ora actuala interactioneaza cu materia vizibila doar prin interactiunea gravitationala; se spera – insa nu avem certitudinea ca asa este – ca ar putea interactiona cu materia normala si prin forte inca necunoscute.

Din acest motiv au fost propuse si construite multe experimente atat la acceleratoare de particule cat si in laboratoare subterane unde sa cauta aceasta a cincea forta – cea prin care materia intunecata ar interactiona cu materia normala. Daca insa aceasta nu exista? Daca asa stau lucrurile experimentele care vaneaza particule de materie intunecata prin interactiuni pe care acestea le-ar avea cu materia vizibila nu vor vedea nimic! Ce putem face insa in aceasta situatie?

Un grup de cercetatori a propus o solutie extrem de ingenioasa, care se bazeaza doar pe interactiunea gravitationala intre materia intunecata si materia normala.

Practic intr-un articol publicat recent in revista Physical Review D un grup de cercetatori a propus realizarea unei retele care sa cuprinda miliarde de micro-pendule, organizate intr-un cub cu latura de circa 10 metri. La trecerea particulelor de materie intunecata acestea ar interactiona gravitational cu pendulele practic facandu-le sa se oscileze, urmarind parcursul materiei intunecate. Ar fi inclusiv posibil sa se determine directia de unde provine materia intunecata. Pendulele ar fi mentinute la temperatura extrem de joasa – apropiata de zero absolut, 0K.

In plus reteaua de pendule ar trebui izolata de razele cosmice – deci eventual experimentul ar trebui sa fie efectuat intr-un laborator subteran – si de radioactivitatea din mediul inconjurator – care ar emite particule ce ar putea da semnale in aparat, semnale insa care nu au nimic de-a face cu materia intunecata. Cand ar intra o particula de materie intunecata pendulele ar oscila de-al lungul traiectoriei acesteia intrucat aceasta ar atrage gravitational aceste micro-pendule.

Ce fel de particule de materie intunecata ar putea „vedea” un astfel de instrument? Doar pe cele care au o masa capabila sa exercite o atractie gravitationala asupra pendulelor masurabila; ceea ce inseamna ca eventuale particule de materie intunecata cu masa asemanatoare protonilor nu ar fi detectate. Calculele arata cum ca materia intunecata – ca sa fie masurata de reteaua de pendule – ar trebui sa fie compusa din particule care au masa cuprinsa intre cateva micrograme si cateva miligrame – deci o masa mult mai mare decat particulele cunoscute.

Acest interval de mase este interesant intrucat contine asa-numita masa a lui Planck (22 micrograme) – definita de trei constante fundamentale ale Universului, o masa care joaca un rol deosebin in fizica (masa lui Planck inchisa intr-un volum cu raza egala cu lungimea lui Planck, circa 10 la puterea minus 35 metri! ar forma o mini-gaura neagra). Exista insa materie intunecata compusa din particule cu masa atat de mare? Nu stim!

Ar putea insa – conform unor teorii – exista; agregate de cuarci – extrem de multi – care contin cuarci stranii (strange) ar putea forma asa-numitii strangelets stabili; cu cat mai multi cuarci stranii – cu atat mai stabila ar fi particula rezultata! Ar trebui insa efectuate mai multe masuratori asupra cuarcilor stranii sa stim daca intr-adevar pot forma strangelets. Acest lucru il facem de exemplu la acceleratorul DAFNE de la Frascati in cadrul experimentului SIDDHARTA-2, care masoara cat de puternica este interactiunea cuarcilor stranii cu materia nucleara.

Ar putea insa exista si alte particule cu masa atat de mare precum masa lui Planck!

Ramane de vazut daca se va reusi construirea acestei retele de penduluri care sa vaneze materia intunecata pe baza doar a interactiunii gravitationale ale acesteia cu materia normala. Ar fi extrem de interesant!

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro