Materia intunecata este un mare mister al fizicii moderne: se banuieste ca ar fi compusa din particule inca nedescoperite. Printre candidatii la materia intunecata se numara si axionul – particula cu masa extrem de mica care ar putea da semnale in campul magnetic extrem de intens al unui magnetar.
Vanatoarea particulelor din care ar putea fi compusa materia intunecata inca nu a dat rezultate. Materia intunecata, cea care ar fi prezenta in Univers de 5-6 ori mai mult decat materia nornala, si care, prin forta gravitationala exercitata asupra materiei vizibile determina soarta Universului si a structurilor din Univers, ar putea fi compusa – se crede – din particule care nu fac parte di asa-numitul Model Standard al fizicii particulelor elementare.
La ora actuala se cauta aceste particule atat la acceleratoarele de particule cat si in experimente efectuate in laboratoarele subterane. Vanatoarea a ramas insa fara rezultate pana in prezent – nici urma de particule noi. Acestea ar putea deci avea masa mult mai mare decat ceea ce se credea pana acum ori, dimpotriva, mult mai mica. Aceasta a doua situatie este de exemplu reprezentata de asa-numitii axioni – particule ipotetice introduse in fizica in anii ’70 pentru a rezolva o serie de probleme legate de interactiunea nucleara puternica in fizica particulelor. Axionii, daca exista, ar putea insa reprezenta si (parte) din materia intunecata.
Masa acestor particule ipotetice este extrem de mica – insa inca nu stim cat de mica. Cu siguranta mult mai mica decat cea a electronului – miliarde sau poate mii de miliarde de ori mai mica! Neavand sarcina electrica este extrem de greu de masurat un axion. O metoda indirecta se bazeaza pe faptul ca un axion intr-un camp magnetic intens poate – in urma interactiunilor care au loc in acest camp – sa se transforme intr-un foton cu o energie determinata de masa axionului. Exista la ora actuala mai multe experimente care incearca sa masoare fotonii generati de axioni in campuri magnetice intense. Insa fara rezultate.
Acesta este motivul pentru care intr-o serie de articole recente publicate in Physical Review Letters si Astrophysical Journal, Jeremy Darling, de la Unversity of Colorado Boulder a propos folosirea unui camp magnetic mult mai intens decat orice camp generat pe Pamant: campul magnetic al unui magnetar. Magnetarul este o stea de neutroni, cu o raza de circa 10 km, care are un camp magnetic de miliarde de ori mai intens decat cel mai intens camp magnetic de pe Terra.
Magnetarul studiat de Darling este PSR J1745-2900, care orbiteaza in jurul masivei gauri negre ce se afla in centrul galaxiei noastre, la o distanta mai mica de un an lumina fata de aceasta.
Daca axionii ar constitui parte din materia intunecata ar trebui sa fie extrem de multi in Univers. Parte dintre acestia cand trec prin campul magnetic intens din jurul magnetarului observat ar trebui sa se transforme in fotoni.
Cu ajutorul observatorului Very Large Array, din New Mexico, au fost masurate radiatiile emise de catre magnetarul PSR J1745-2900. Cum nu se stie care ar fi masa axionilor, nu se stie nici energia ipoteticilor fotonilor generati de acestia in campul magnetic. Din aceasta cauza Darling a cautat semnale la mai multe energii, nereusind insa sa gaseasca nimic semnificativ. Rezultatul este totusi extrem de util intrucat ne arata unde sa cautam (sau nu) semnale generate de axioni in experimentele din laboratoarele noastre.
Pe de alta parte aceasta metoda in viitor ar putea fi aplicata si in cazul altor magnetari si/sau masuratori ale spectrelor de radiatie emise de acestia, in vanatoarea axionilor, particulele care ar rezolva simultan o problema din fizica interactiunilor nucleare puternice si o problema din cosmologie: compozitia materiei intunecata.
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