Ny dansk teori: Mørkt stof består af ekstremt supertunge partikler

En forskergruppe fra Syddansk Universitet er kommet med en ny teori, der muligvis kan forklare, hvorfor ingen endnu har fundet partikler af mørkt stof.

Den ultrakorte forklaring er, at vi måske har ledt efter den forkerte form for partikler.

Med avancerede detektorer har forskerne gennem flere år været på jagt efter såkaldte WIMPs eller weakly interactive massive particles, der har været betragtet som det bedste bud på, hvad mørkt stof kan bestå af.

Mørkt stof vekselvirker stort set kun med almindeligt stof via tyngdekraften og kan derfor kun observeres indirekte via den måde, hvorpå stjerner holdes fast i galakser, og galakser holdes sammen i galaksehobe.

Men til trods for intensive undersøgelser flere steder i verden gennem flere år med mere og mere avancerede detektorer har fysikerne ikke fundet den mindste antydning af, at WIMPs eksisterer.

Nu er 'absence of evidence' som bekendt ikke ‘evidence of absence’ - men det kan alligevel være, at mørkt stof ikke er WIMPs, men en anden form for partikler.

Fra tung til supertung

En WIMP antages normalt at skulle være omkring 100 gange så tung som en proton, hvis den vel at mærke eksisterer.

Andre forskere har tidligere forklaret, at partikler af mørkt stof kunne være meget lettere i form af såkaldte axioner.

Martin Sloth, der er lektor ved Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology ved Syddansk Universitet, præsenterer nu i Physical Review Letters sammen med sin kollega McCullen Sandora samt Mathias Garby fra Cern en teori, hvor partiklerne af mørkt stof er meget tungere end WIMPs.

Rigtigt meget tungere endda. De spekulerer på, om der kan findes partikler, som de kalder PIDMs; Planckian Interacting Dark Matter.

En PIDM vil have en masse, der er 10^19 gange protonens masse eller ca. et mikrogram. Det er ekstremt tungt.

Når SDU-forskerne går til dette ekstreme, er det, fordi man ikke hidtil har set antydningen af ny fysik (dvs. fysik som ikke kan beskrives med den veletablerede Standardmodel) på skalaer, der er forbundet med foreningen af den svage kernekraft og den elektromagnetiske kraft i den elektrosvage kraft.

Vi ved, at der sker noget ved Planck-skalaen

Den næste skala, hvor fysikerne ved, at der sker afgørende ændringer, er Planck-skalaen, der optræder ved meget høje energier og meget små længdeskalaer. Omregner man Planck-energien til masse ud fra Einsteins formel E=mc², finder man, at Planck-massen er omkring 20 mikrogram.

I den videnskabelige artikel forklarer forskerne, at observationer af den kosmiske baggrundstråling betyder, at massen for en PIDM må være over en hundrededel af Planck-massen (ca. 0,2 mikrogram).

Er partikler af mørkt stof PIDMs, så skal man ikke gøre sig noget håb om at danne dem i partikelacceleratorer. Det betyder dog ikke, at man helt skal opgive at lave en form for indirekte observation.

I deres nye model har de regnet på, hvordan det nødvendige antal PIDM-partikler kunne være blevet skabt i det tidlige univers.

»Ifølge vores model kunne det lade sig gøre, hvis det var ekstremt varmt. Vores model forudsætter, at temperaturerne i det tidlige univers var de højest mulige, som big bang-teorien tillader,« siger Martin Sloth.

Det kan efterprøves, for hvis det var tilfældet, så ville det have skabt flere såkaldte urgravitationsbølger fra universets meget tidlige barndom.

»Det kan vi måske få afgjort i nær fremtid,« mener Martin Sloth.

Forskerne klør sig i hovedet

Nu får vi se. For tre år siden sagde den nuværende direktør for DTU Space, Kristian Pedersen, til Ingeniøren, at inden for to-tre år ved vi, om mørkt stof findes i form af såkaldte neutralinoer.

»Hvis det ikke er tilfældet, må vi klø os i hovedet,« sagde han dengang.

Der er mange, der stadig klør sig i hovedet.