De flesta som får lön kan vara ganska säkra på att ämnet för deras arbete faktiskt existerar. Fysiker som studerar mörk materia skiljer sig från de flesta i detta avseende. Oavsett, begåvade unga forskare fortsätter att ägna sina karriärer åt ämnet. Varför?

Det är inte så att mörk materia ligger och väntar på att bli upptäckt. Långt ifrån, mörk materia som fenomen är fast etablerad, och vi har massor av övertygande bevis som tyder på att det är fem gånger mer rikligt än dess ljusa motsvarighet.

Snarare, problemet är att den överväldigande mängden bevis för mörk materia helt och hållet beror på gravitationseffekter. Om det visar sig att gravitationen verkar mycket konstigare än Newton tänkt sig, effekterna vi tillskriver en partikel av mörk materia, kan vara en hägring. Och vi kan bli tvungna att avfärda hela hypotesen om mörk materia till hall-of-fame för föråldrade vetenskapliga teorier.

För att äntligen bekräfta vårt paradigm, hängivna av mörk materia som jag själv behöver fånga eller skapa en partikel av mörk materia, så vi kan bevisa, en gång för alla, att mörk materia faktiskt är gjord av materia.

Allt går i mörkret

Så, hur ser mörk materia ut egentligen? Väl, det beror på dina preferenser.

Mångfalden av hypotetiska kandidater för mörk materia är verkligen häpnadsväckande. Allvarliga utmanare inkluderar partiklar med radier så stora som galaxer, samt ultrasmå partiklar med radier en kvadriljon (15 nollor) gånger mindre än protonen.

Det behöver inte ens bestå av partiklar alls, mörk materia kan vara små punkteringar i tyget av rymd och tid som kallas ursprungliga svarta hål.

Varje experiment som försöker hitta mörk materia måste därför först välja en hypotes och fortsätta att bevisa eller motbevisa den.

Dock, checklistan över kandidater är mycket lång, och många idéer kan inte testas experimentellt med nuvarande teknik.

Den vanliga misstänkta är en WIMP

Partikelfysik har en lång och stolt tradition av att ge dumma namn åt hypotetiska partiklar. Ett särskilt fånigt exempel är partikeln känd som WIMP, som, trots sitt namn, är en av de starkaste kandidaterna för mörk materia.

Det konstiga namnet är faktiskt en akronym för egenskaperna hos partikeln:Weakly Interacting Massive Particle. Det betyder att partikeln är massiv så att den drar sig mot andra partiklar eller föremål, men den interagerar bara svagt med vår synliga värld.

Under de allra första sekunderna efter Big Bang, vårt universum var en gång otroligt varmt och tätt. Denna ursoppa är där den förmodade födelsen av WIMP inträffade. Beväpnad med kunskap om hur vårt universum expanderade och svalnade, vi kan exakt beräkna antalet WIMP:er som bildades under dessa förhållanden.

Anmärkningsvärt, denna beräkning lämnar oss med ett antal WIMP:er som nära matchar den observerade mängden mörk materia. Med andra ord, vi postulerar en partikel med de egenskaper vi förväntar oss att hitta i mörk materia, och utan ytterligare antaganden, vår kunskap om universums historia betyder att den kommer upp i rätt mängd. Väl, detta verkar för bra för att inte vara sant.

Mirakel händer inte, höger?

Detta otroliga sammanfall av siffror är vad anhängarna av WIMP ivrigt kallar "WIMP -miraklet". Mirakel är kanske för starkt av ett ord - men WIMP -paradigmet ger en mycket enkel förklaring som kan redogöra för all mörk materia på en gång, och klarar därmed testet av Occams rakhyvel:Teorier med de minsta antagandena är sannolikt korrekta.

Men det som är ännu bättre än dess enkelhet är att det är testbart. Själva interaktionerna som var ansvariga för att skapa WIMPs i första hand, låt oss bygga experiment för att hitta dem-de så kallade "direktdetektorerna".

Tyvärr, detektorerna som är byggda för att hitta WIMP har inte hittat något. Och änsålänge, det ser ut som att "WIMP -miraklet" ledde oss på en decennier lång vildgåsjakt.

Fysiker hoppas fortfarande på att upptäcka WIMP, men om det så småningom dyker upp, det skulle säkert se annorlunda ut än vad vi hade tänkt oss.

Å andra sidan, om WIMP aldrig dyker upp, experimenten för direktupptäckt kommer att ha avmarkerat några utmanare från checklistan, om än på enorm kostnad. Men, som en extra bonus, sökandet efter WIMP har drivit detektortekniken till imponerande längder. Några av dessa framsteg återanvänds redan inom andra grenar av fysiken, som neutrinofysik. Så även med ett negativt resultat i sitt primära uppdrag, ansträngningen att hitta WIMP har inte varit förgäves.

Occams rakhyvel skär inte alltid av den

Den synliga delen av vårt universum består av en mycket begränsad lista med ingredienser:kvarkar, leptoner (såsom elektroner och neutrinoer), och fyra krafter som gör att partiklarna kan interagera. Från dessa blygsamma byggstenar kommer all mångfald - från stjärnorna på himlen, till liv på jorden – allt kan reduceras till komplicerade konfigurationer av dessa enkla beståndsdelar.

Det finns ingen grundläggande anledning till att den mörka delen av vår värld ska vara mindre mångsidig än den synliga delen. Man kan till och med föreställa sig att mörk materia sammanfaller till mörka stjärnor, planeter, och livet, som finns helt avskilda från vår värld. Till dem, vi är den mörka saken.

Dock, att utforma experiment för att leta efter mörk materia är en praktisk fråga, och det är svårt att leta efter mer än en sak i taget. Därför, vi tenderar att hålla oss till Occams rakkniv och försöka hitta de enklaste möjliga svaren på frågan om mörk materia.

Tyvärr, Occams rakhyvel är inte en matematisk sats, och naturen bryr sig inte om hur "troliga" olika teorier är enligt fysiker. I sanning, våra förenklade modeller av mörk materia kan ge vika för en mycket mer komplex och rörig verklighet.

I detta fall, vi kommer aldrig att se en stor upptäckt av mörk materia, men en gradvis förståelse av små bitar av ett enormt pussel.

Vi tror fortfarande att mörk materia är gjord av partiklar som graviterar - men det enda vi vet säkert, är att det kommer att vara ett ämne för fysiker i många år framöver.

Det finns absolut ingen garanti för att vi kommer att upptäcka en mörk materia partikel. Men vi kanske. Och det kan förändra vår förståelse av allt.

Denna berättelse publiceras igen med tillstånd av ScienceNordic, den pålitliga källan till engelskspråkiga vetenskapliga nyheter från de nordiska länderna. Läs originalberättelsen här.