Největší tajemství vesmíru
Budu s vámi upřímný: všechno, na co se můžete podívat nebo sáhnout — váš telefon, káva, vaše vlastní tělo — tvoří jen asi 15 procent veškeré hmoty ve vesmíru. Zbylých 85 procent? Nemáme tušení, co to je. Nikdy jsme to neviděli, nikdy jsme se toho nedotkli. Přesto víme, že to musí existovat. Bez této záhadné substance by gravitace nefungovala tak, jak funguje. Galaxie by se rozpadly. Vesmír, jak ho známe, by prostě neexistoval.
Vědci tomuto záhadnému fenoménu říkají tmavá hmota a už téměř sto let se snaží přijít na to, z čeho se skládá.
No, možná už jsme blízko.
Mil pod zemí
Pojďme si říct o experimentu LZ — ne, ne o albu kapely Led Zeppelin. LZ je zkratka pro LUX-ZEPLIN a je to jeden z nejzajímavějších vědeckých experimentů, o kterém jste pravděpodobně nikdy neslyšeli.
Představte si tohle: míli pod zemí, uvnitř bývalého zlatého dolu v Jižní Dakotě, postavili vědci nádrž naplněnou deseti tunami ultračisté kapalné xenony. Xenon je ten vzácný plyn, který modře září, když jím prochází elektrický proud. Celou věc obalili vrstvu po vrstvě ochrany, aby ji izolovali od kosmického záření a dalšího rušení.
Proč všechna tahle námaha? Protože částice tmavé hmoty — pokud vůbec existují — by měly občas narážet do atomů xenony a vytvářet drobné záblesky světla, které citlivé detektory dokážou zachytit. Čím hloubější prostředí a čím tišší, tím větší šance něco spatřit.
A teď LZ něco zachytil.
Signál, který nikdo nedokáže vysvětlit
Vědci nedávno analyzovali 220 dní dat a našli... jeden jediný jev. Pouhou jednu interakci, která neodpovídá ničemu, co bychom očekávali od běžné hmoty.
Tady je důvod, proč je to důležité: jev se objevil přesně tam, kde by se měly signály tmavé hmoty projevovat, a všechny běžné zdroje šumu v pozadí (radioaktivní rozpad, kosmické záření a tak dále) byly pečlivě započítány. Tým strávil měsíce opakovaným kontrolováním své práce. Detektor znají tak dobře, že i jeden nevysvětlený jev stojí za pozornost.
„Jsme velmi zvědaví, že v datech vidíme tento jev," řekl Rick Gaitskell, mluvčí projektu LZ a profesor na Brownově univerzitě. „S pouhým jedním jevem nechceme předbíhat. Netvrdíme, že jsme spatřili tmavou hmotu. Ale vidíme něco zajímavého."
Takové vyjádření mě jako popularizátora vědy vždycky potěší. Opatrný optimismus! Správný vědecký přístup! Žádné unáhlené závěry! (Culím se na některé další obory, které nelze jmenovat.)
Co by to mohlo být?
Kdyby tento signál skutečně pocházel od tmavé hmoty, pravděpodobně bychom mluvili o takzvaném WIMPu — Weakly Interacting Massive Particle neboli slabě interagující masivní částice. Tyto částice jsou předními kandidáty na tmavou hmotu, částice, které se s běžnou hmotou téměř nesetkávají, pouze prostřednictvím gravitace a slabé jaderné síly.
Hypotetický WIMP, který by mohl způsobit tento signál, by byl minimálně 200krát těžší než proton. V kontextu fyziky částic je to pořádný kus. A tady to začíná být zajímavé: představoval by typ interakce, která přesahuje ty nejjednodušší modely, které vědci obvykle hledají.
Takže buď jsme našli tmárnou hmotu, nebo jsme objevili nový typ běžné částicové interakce, o které jsme nevěděli. Obě možnosti jsou docela vzrušující, abych byl upřímný.
Proč ještě nemůžeme slavit
Vím, vím — chystáte se aktualizovat status na Facebooku o objevu tmavé hmoty. Zpomalte, příteli.
Ve fyzice částic potřebujete takzvanou 5-sigma signifikaci, než můžete prohlásit objev. To znamená méně než 0,00003procentní pravděpodobnost, že váš výsledek je jen náhodný šum. Signál LZ momentálně dosahuje 2,6 sigma — přibližně 0,5procentní šance, že jde o náhodu.
To je zajímavé, nikoli průkazné.
Představte si to takhle: hledáte ztracenou kontaktní čočku na kuchyňské podlaze. Vidíte něco lesklého. Je to čočka? Možná. Je to drobek? Taky možná. Je to kousek fólie od včerejší svačiny? Taky možnost. Potřebujete to zvednout a skutečně se podívat, abyste měli jistotu.
Tým LZ potřebuje víc dat. Naštěstí už nasbírali největší datovou sadu na světě pro hledání tmavé hmoty a rozhodně se nechystají přestat.
Co bude dál?
Experiment poběží dál a bude sbírat další data den za dnem. Pokud se záhadný signál bude objevovat opakovaně — nebo ještě lépe, pokud se nahromadí další podobné jevy — signifikance se bude blížit magické hranici 5 sigma.
Nebo signál zmizí a ukáže se, že šlo jen o statistickou anomálii. To je taky věda. Někdy je nulový výsledek stejně důležitý.
Ať už to dopadne jakkoli, v celém tom snažení vidím krásu. Sedíme míli pod zemí, obklopeni neuvěřitelně čistou kapalinou xenon, hledáme neviditelnou substanci, která tvoří většinu vesmíru. Vesmír je divný a my se ho stejně snažíme pochopit.
Zda LZ skutečně spatřil tmárnou hmotu, se teprve ukáže. Ale prozatím máme jeden malý nevysvětlený signál, kvůli kterému fyzikové po celém světě velmi bedlivě sledují dění.
Zůstaňte zvědaví, přátelé. Vesmír má vždycky v zásobě další překvapení.