Substansi tak terlihat menembus alam semesta, mengubah jalur bintang dan galaksi.
Materi gelap ini disebut tarikan gravitasi, namun tidak pernah berinteraksi dengan cahaya. Tidak ada yang tahu terbuat dari apa dan tidak mungkin untuk dideteksi sampai sekarang. Tetapi teori baru akhirnya bisa memberikan cara untuk menguji materi gelap.
Materi gelap mungkin terdiri dari setengah magnet aneh, fisikawan teoretis dari Universitas California, Davis, mengatakan pada presentasi pada 6 Juni di konferensi Planck 2019 di Granada, Spanyol. Dan dengan menyalakan mikroskop elektron yang benar-benar kuat (belum ada), kita mungkin akhirnya bisa mendeteksi mereka.
Tetapi tidak semua fisikawan yakin.
"Saya pikir itu rapi, tetapi tidak terlalu menjanjikan," kata Sabine Hossenfelder, seorang peneliti di Institut Studi Lanjutan Frankfurt, yang bukan bagian dari penelitian. "Ada banyak partikel tak terhingga yang bisa kamu ciptakan yang bisa membentuk materi gelap." Ini hanyalah salah satu dari mereka, tambahnya.
"Untuk masing-masing partikel ini, Anda dapat melakukan banyak perhitungan, menerbitkan makalah, dan memikirkan eksperimen, yang kemudian dapat Anda coba untuk mendapatkan dana," katanya. "Jika Anda benar-benar beruntung, seseorang akan melakukan percobaan Anda - yang kemudian tidak akan menemukan apa pun."
Pencarian materi gelap
Meskipun teori-teori yang meramalkan materi gelap ada, kita tidak tahu benar-benar seperti apa bentuknya atau terbuat dari apa. Untuk sementara waktu, ada "kisah indah" bahwa materi gelap terdiri dari partikel pemalu dan pemalu dari partikel yang dikenal sebagai Weakly Interacting Massive Particle, atau WIMP, kata rekan penulis studi baru, John Terning, seorang profesor fisika di University of California, Davis.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan mencari partikel yang lambat dan tidak terisi ini menggunakan akselerator partikel yang kuat. Tetapi seiring berjalannya waktu, fisikawan mengesampingkan semakin banyak kandidat WIMP - dan ide populer kehilangan daya tarik. Meskipun tidak sepenuhnya dikesampingkan, "selama 10 tahun terakhir, orang telah memikirkan kemungkinan lain selain WIMP," kata Terning.
Teori lain mengusulkan bahwa materi gelap sebenarnya terdiri dari partikel cahaya, atau foton.
"Selain foton biasa yang bisa kita lihat, mungkin ada beberapa foton yang tidak bisa kita lihat," kata Terning. Ini disebut "foton gelap" adalah partikel hipotetis yang memiliki massa, tetapi lebih ringan dari elektron. Foton gelap akan berinteraksi - meskipun agak lemah - dengan foton biasa.
Dalam studi baru ini, Terning dan peneliti postdoctoralnya Christopher Verhaaren membangun teori ini, mengusulkan bahwa materi gelap juga dapat terdiri dari setengah-magnet gelap. Setengah-magnet hipotetis ini akan menjadi versi gelap dari monopole yang lama dicari, atau magnet yang hanya memiliki satu kutub, itulah fisikawan Paul Dirac pertama kali diusulkan pada 1930-an. (Meskipun sudah berburu selama puluhan tahun, belum ada yang menemukan bukti untuk mereka di alam.)
Dirac tidak hanya mengusulkan monopole; dia juga mengusulkan bahwa elektron yang bergerak di sekitar monopole akan dipengaruhi oleh medan magnetnya. Jadi, jika teori Terning dan Verhaaren benar, dan versi gelap dari setengah-magnet ini mengintai di suatu tempat di alam semesta - dan jika setengah-magnet gelap itu bertindak seperti monopole Dirac - mereka juga akan meninggalkan petunjuk halus di jalur elektron.
Jika ada monopole gelap, mereka akan memancarkan foton gelap yang dapat berubah menjadi foton biasa sebelum diserap oleh elektron, kata Terning. Interaksi ini akan menyebabkan elektron berputar atau mengubah arah sedikit saja, menghasilkan pola interferensi yang disebut efek Aharonov-Bohm. (Elektron bukan hanya partikel, mereka juga gelombang, dan pola interferensi adalah apa yang muncul ketika puncak dan lembah dalam "persamaan gelombang" elektron menambah atau membatalkan satu sama lain, menciptakan serangkaian cahaya paralel dan garis gelap.) Terning dan Verhaaren mengusulkan bahwa mereka mungkin dapat mendeteksi perubahan pola interferensi elektron yang sangat kecil ini menggunakan mikroskop elektron.
Gembira oleh matahari
Jika materi gelap ada, ia ada di dalam kita dan di sekitar kita - termasuk di dalam dan di sekitar mikroskop berkas elektron yang akan kita gunakan untuk mendeteksinya. Tetapi untuk mendeteksi materi gelap melalui gangguan elektronnya, setengah-magnet aneh yang membentuk materi gelap perlu memiliki medan magnet yang cukup kuat. Itu berarti bahwa setengah-magnet ini perlu memiliki banyak energi.
Monopole yang lewat di dekat matahari bisa menjadi bersemangat, mendapatkan lebih banyak energi dan kemudian turun ke Bumi, kata Terning. Dia memperkirakan bahwa sekitar lima dari monopole yang tereksitasi ini sehari akan melalui ukuran mikroskop elektron-berkas yang mereka usulkan. "Itu tidak buruk karena detektor WIMP biasa akan senang jika mereka mendapat lima acara per tahun," katanya.
Selain itu, perubahan fasa elektron yang disebabkan oleh setengah-magnet gelap akan sangat kecil sehingga, untuk mendeteksinya, kita membutuhkan mikroskop berkas elektron dengan resolusi sangat tinggi - yang saat ini ada mungkin tidak cukup kuat . Mikroskop elektron ini perlu memiliki resolusi yang lima kali lebih besar daripada yang ada saat ini, kata Terning.
Bagaimanapun, kami berharap untuk "membuat orang-orang ini dengan mikroskop elektron super mewah tertarik untuk mencari ini" atau kita "mungkin harus membangun yang lain hanya untuk duduk dan menunggu materi gelap," kata Terning.
Berbagai teori bersaing materi gelap akan memberi tahu kita kisah yang sama sekali berbeda tentang bagaimana alam semesta awal terbentuk, katanya. Terlebih lagi, begitu Anda mengetahui apa sebenarnya yang terbuat dari materi gelap - apakah itu partikel ringan atau berat - orang dapat membuat pabrik materi gelap, semacamnya, di Bumi. "Jika sangat terang, kamu tidak perlu banyak energi untuk menghasilkan materi gelapmu sendiri."
Para ilmuwan mempublikasikan penelitian mereka ke jurnal pracetak arXiv. Belum ditinjau sejawat.
