Polacy na tropie ciemnej materii. Mają pomysł jak ją wyjaśnić

Ciemna Materia pozostaje jedną z największych tajemnic fizyki fundamentalnej. Wiele propozycji teoretycznych (aksjony, WIMP-y) i 40 lat intensywnych badań eksperymentalnych nie wyjaśniło, czym jest Ciemna Materia.

Kilka lat temu teoria, która dąży do unifikacji fizyki cząstek elementarnych i grawitacji, wprowadziła radykalnie inną możliwość: superciężkie, naładowane elektrycznie grawitina jako kandydatów na Ciemną Materię.

Jak podaje SciTechDaily, grawitina mimo że są naładowane elektrycznie, mogą być kandydatami na Ciemną Materię, ponieważ są tak masywne, że występują niezwykle rzadko, a zatem obserwacyjnie "nie świecą na niebie" i omijają bardzo ścisłe ograniczenia dotyczące ładunku składników Ciemnej Materii. Co więcej, ładunek elektryczny grawitin sugerował zupełnie inny sposób udowodnienia ich istnienia.

Według publikacji w "Physical Review Research" autorstwa Krzysztofa Meissnera z Uniwersytetu Warszawskiego i Hermanna Nicolaia z Instytutu Maxa Plancka w Poczdamie, we współpracy z Adrianną Kruk i Michałem Lesiukiem z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, detektory podziemne, takie jak chiński JUNO, mogą wykryć sygnały pochodzące od tych cząstek.

Choć JUNO powstał z myślą o badaniach neutrin, jego konstrukcja pozwala na rejestrację unikalnych śladów grawitin. Symulacje przeprowadzone przez naukowców wskazują, że sygnał od grawitina będzie jednoznaczny i nie do pomylenia z innymi cząstkami.

Teoria N=8 supergrawitacji przewiduje istnienie ośmiu grawitin o bardzo dużej masie. Dwa z nich, o ładunku ±2/3, mogą być kandydatami na ciemną materię. Ich wykrycie byłoby przełomem w poszukiwaniu teorii unifikującej grawitację i fizykę cząstek.

Naukowcy podkreślają, że grawitina są ekstremalnie rzadkie – w Układzie Słonecznym przypada na nie zaledwie jedna cząstka na 10 tys. km³. Mimo to, nowe detektory, takie jak JUNO czy planowany DUNE w USA, otwierają realne możliwości ich poszukiwań.

Analizy zespołu z Warszawy i Poczdamu łączą zaawansowaną fizykę cząstek z nowoczesną chemią kwantową. Symulacje uwzględniają m.in. tło radioaktywne i efektywność detektorów. Wyniki wskazują, że przejście grawitina przez detektor pozostawi niepowtarzalny ślad.

Wykrycie superciężkich grawitin byłoby pierwszym bezpośrednim dowodem na istnienie zjawisk fizycznych bliskich skali Plancka. To może być klucz do zrozumienia ciemnej materii i unifikacji sił natury.