Ciemnej materii jest we Wszechświecie niemal sześć razy więcej niż materii barionowej, tworzącej nasz codzienny świat. To tajemniczy składnik kosmosu – do dziś nie wykryto nawet jednej jego cząstki elementarnej. Dobrym kandydatem na takie cząstki są neutralina, przewidywane przez wychodzące poza obecną fizykę supersymetryczne teorie budowy materii.

Grupa teoretyków z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku, prowadzona przez prof. dr. hab. Leszka Roszkowskiego, zaprezentowała nowe oszacowania dotyczące własności neutralin jako ciemnej materii. Wynika z nich, że najnowsze detektory powinny w najbliższych dwóch latach ostatecznie potwierdzić istnienie tego rodzaju neutralin – lub je wykluczyć. Wyniki teoretyków ze Świerka omawiano podczas konferencji COSMO-15, która tym tygodniu przyciągnęła do Warszawy prawie ćwierć tysiąca fizyków cząstek, astrofizyków i kosmologów z całego świata.

Obecność ciemnej materii jest dziś postulowana m.in. na podstawie analizy ruchów gwiazd w galaktykach i galaktyk w gromadach galaktyk. Obiekty te poruszają się z prędkościami większymi od oczekiwanych, a więc pod wpływem silniejszych pól grawitacyjnych niż wynikające z obecności w ich pobliżu dużych, widzialnych mas, takich jak galaktyczne jądra czy sąsiednie galaktyki. Przypuszcza się, że ów dodatkowy wkład do grawitacji to efekt istnienia nowej formy materii, trudnej w detekcji, bo praktycznie nieoddziałującej z promieniowaniem elektromagnetycznym.

Mimo wielu lat badań wciąż nie wiadomo, jakie cząstki tworzą ciemną materię. Jeszcze niedawno przypuszczano, że może się ona składać z neutrin. Neutrina to cząstki elementarne, które ze zwykłą materią oddziałują nie elektromagnetycznie, a za pomocą sił jądrowych słabych. Siły te są rzeczywiście bardzo słabe: szacuje się, że do zatrzymania strumienia neutrin należałoby użyć tarczy ołowiu grubości całych lat świetlnych. Początkowo wydawało się, że gdyby cząstki te miały niewielką masę (a wciąż nie wiemy, czy ją w ogóle mają), ich skupiska mogłyby pełnić rolę ciemnej materii i wnosić odpowiedni wkład grawitacyjny do ruchów gwiazd i galaktyk.

„Wkrótce się przekonamy, czy neutralino o masie ok. 1000 mas protonów było jedynie zgrabną hipotezą, czy też jest częścią fizycznej rzeczywistości. Ostatnio pokazaliśmy też, że ,,manipulując” nieco ze stanem Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu ta masa mogłaby większa. Ale nawet wtedy nowe doświadczenia będą mogły ją odkryć, lub też wykluczyć. Dla naszej grupy najbliższe dwa lata będą więc szczególnie ekscytującym okresem” – mówi prof. Roszkowski.

Konferencja COSMO jest organizowana od 1997 roku. Do tej pory uczestniczyły w niej takie sławy jak prof. Stephen Hawking z University of Cambrigde czy Andrei Linde ze Stanford University. Konferencja jest organizowana coroczne w wiodących ośrodkach badawczych całego świata, m.in. w Genewie (CERN), Chicago, Cambridge i Tokio.