Model standar kosmologi memberi tahu kita bahwa hanya 4,9% alam semesta terdiri dari materi biasa (dari apa yang dapat kita lihat), sedangkan sisanya adalah 26,8% materi gelap dan 68,3% materi gelap. energi. Seperti yang disarankan oleh nama konsep ini, kita tidak dapat melihatnya, jadi keberadaannya harus mengikuti dari model teoretis, pengamatan struktur skala besar Alam Semesta, dan efek gravitasi nyata yang memanifestasikan dirinya pada materi yang terlihat.
Sejak ini pertama kali dibicarakan, pasti tidak ada kekurangan spekulasi tentang seperti apa bentuk partikel materi gelap. Belum lama berselang, banyak ilmuwan mulai berpikir bahwa materi gelap terdiri dari partikel masif yang berinteraksi secara lemah (WIMPs, WIMPs), yang berukuran sekitar 100 kali massa proton, tetapi berinteraksi seperti neutrino. Namun demikian, semua upaya untuk menemukan WIMP menggunakan eksperimen akselerator partikel tidak menghasilkan apa-apa. Oleh karena itu, para ilmuwan mulai memilah kemungkinan alternatif komposisi materi gelap.
Model kosmologi modern cenderung berasumsi bahwa massa materi gelap berada dalam 100 GeV (gigaelektronvolt), yang sesuai dengan batas massa banyak partikel lain yang berinteraksi dengan bantuan gaya nuklir lemah. Keberadaan partikel seperti itu akan sesuai dengan perluasan supersimetrik Model Standar fisika partikel. Selain itu, diyakini bahwa partikel semacam itu seharusnya lahir di alam semesta awal yang panas, padat, dengan massa jenis materi, yang tetap tidak berubah hingga hari ini.
Namun, percobaan yang sedang berlangsung untuk mengidentifikasi WIMP tidak menemukan bukti konkret keberadaan partikel tersebut. Ini termasuk pencarian produk pemusnahan WIMP (sinar gamma, neutrino, dan sinar kosmik) di galaksi dan kluster terdekat, serta eksperimen deteksi partikel langsung menggunakan supercolliders seperti LHC.
Dengan supersimetri, pengecut memusnahkan di antara mereka sendiri, menciptakan aliran partikel dan radiasi, termasuk sinar gamma energi menengah
Karena tidak menemukan apa-apa, banyak ilmuwan memutuskan untuk menjauh dari paradigma WIMP dan mencari materi gelap di tempat lain. Salah satu kelompok kosmologi CERN dan CP3-Origins di Denmark baru-baru ini menerbitkan sebuah penelitian yang menunjukkan bahwa materi gelap mungkin jauh lebih berat dan lebih lemah untuk berinteraksi daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Salah satu anggota tim peneliti CP-3 Origins, Dr. McCullen Sandora, berbicara tentang upaya timnya:
Video promosi:
“Kami belum bisa mengesampingkan skenario WIMP, tapi setiap tahun kami curiga lebih banyak daripada yang kami tidak lihat. Selain itu, skala lemah fisika biasanya menderita masalah hierarki. Tidak jelas mengapa semua partikel yang kita ketahui sangat ringan, terutama jika Anda melihat skala gravitasi alami, skala Planck, yaitu sekitar 1019 GeV. Jadi, jika materi gelap lebih mendekati skala Planck, itu tidak akan terpengaruh oleh masalah hierarki, dan itu juga akan menjelaskan mengapa kami belum melihat tanda tangan yang terkait dengan WIMPs.”
Dengan menggunakan model baru yang mereka sebut Planck Interacting Dark Matter (PIDM), para ilmuwan sedang menyelidiki batas atas massa materi gelap. Sementara WIMP menempatkan massa materi gelap di ujung atas skala elektrowak, tim peneliti Denmark dari Martias Garney, McCullen Sandora dan Martin Slot mengusulkan sebuah partikel dengan massa yang berada pada skala alami yang sama sekali berbeda - Planckian.
Pada skala Planck, satu satuan massa setara dengan 2,17645 x 10-8 kilogram - kira-kira satu mikrogram, atau 1019 kali massa proton. Pada massa ini, setiap PIDM pada dasarnya seberat partikel sebelum menjadi miniatur lubang hitam. Kelompok tersebut juga menyarankan bahwa partikel PIDM ini berinteraksi dengan materi biasa hanya secara gravitasi, dan banyak dari mereka terbentuk di alam semesta paling awal selama era pemanasan yang kuat - periode yang dimulai pada akhir era inflasi, antara 10-36 hingga 10- 33 atau 10-32 detik setelah Big Bang.
Disebut era ini karena selama inflasi, suhu ruang angkasa diyakini telah turun 100.000 kali lipat. Ketika inflasi berakhir, suhu kembali ke tingkat sebelum inflasi (sekitar 1027 Kelvin). Pada saat ini, sebagian besar energi potensial medan inflasi telah meluruh menjadi partikel-partikel Model Standar, yang mengisi alam semesta, dan di antaranya - materi gelap.
Secara alami, teori baru datang dengan bagian konsekuensinya bagi kosmolog. Misalnya, agar model ini berfungsi, suhu masa pemanasan pasti lebih tinggi dari yang diyakini saat ini. Selain itu, periode pemanasan yang lebih panas juga akan menciptakan lebih banyak gelombang gravitasi primer yang akan dipantulkan dalam latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB).
“Suhu tinggi ini memberi tahu kita dua hal menarik tentang inflasi,” kata Sandora. - Jika materi gelap adalah PIDM: pertama, inflasi berlangsung pada energi yang sangat tinggi, yang tidak hanya akan menghasilkan fluktuasi suhu alam semesta awal, tetapi juga dalam ruang-waktu itu sendiri, dalam bentuk gelombang gravitasi. Kedua, ia memberi tahu kita bahwa energi inflasi seharusnya membusuk menjadi materi dengan sangat cepat, karena jika butuh waktu lama, alam semesta bisa mendingin hingga tidak bisa lagi menghasilkan PIDM sama sekali.
Keberadaan gelombang gravitasi ini dapat dikonfirmasi atau dikecualikan dalam penelitian masa depan tentang latar belakang gelombang mikro kosmik. Ini adalah berita yang sangat menarik, karena penemuan gelombang gravitasi baru-baru ini diharapkan dapat mengarah pada upaya baru untuk mendeteksi gelombang primordial yang berakar pada penciptaan alam semesta.
Seperti yang dijelaskan Sandora, semua ini mewakili skenario win-win yang jelas bagi para ilmuwan, karena kandidat materi gelap terbaru akan ditemukan atau disangkal dalam waktu dekat.
“Skenario kami membuat prediksi yang kuat: kami akan melihat gelombang gravitasi dalam eksperimen generasi berikutnya dengan latar belakang gelombang mikro kosmik. Artinya, ini sama-sama menguntungkan: jika kita melihatnya, itu hebat, dan jika kita tidak melihatnya, maka kita akan tahu bahwa materi gelap bukanlah PIDM, yang karenanya beberapa interaksinya dengan materi biasa harus diharapkan. Jika semua ini terjadi dalam sepuluh tahun ke depan, kami hanya bisa menunggu dengan tidak sabar."
Sejak Jacobus Kaptein pertama kali mengemukakan keberadaan materi gelap pada tahun 1922, para ilmuwan telah mencari bukti langsung keberadaannya. Satu demi satu, kandidat di antara partikel - dari gravitino hingga sumbu - diusulkan, disaring dan masuk ke dunia pencarian abadi. Nah, jika kandidat terakhir ini dengan tegas ditolak atau dikonfirmasi, opsi itu sudah lumayan.
Lagi pula, jika itu dikonfirmasi, kita akan memecahkan salah satu misteri kosmologis terbesar sepanjang masa. Mari selangkah lebih dekat untuk memahami alam semesta dan bagaimana kekuatan misteriusnya berinteraksi satu sama lain.
