Tänk om universum vi känner är bara en runty del av en större, mestadels osynliga universum, och det enda sättet vi kan interagera är via gravitationen?

Detta är bara en av de idéer som fysiker eftersträvar i strävan efter att lösa mysteriet med mörk materia.

Jag älskar tanken på mörk materia. För mig, det är den ultimata gåtan. Jag menar, vårt universum innehåller protoner och neutroner och elektroner, och det är jättebra. Allt detta "normala" är grundingrediensen för allt från Brad Pitt till intergalaktiska gasmoln. Normal materia utövar också en gravitationskraft, och det här är också bra. Tyngdkraften hindrar mitt kaffe från att flyta iväg och förhindrar att galaxer snurrar isär.

Grav brist

Men när du summerar alla partiklar i alla galaxer i universum, det finns bara inte tillräckligt för att producera all tyngdkraft i universum. Det finns alldeles för mycket gravitationskraft och alldeles för lite materia.

För att vårt universum ska vara meningsfullt, den behöver en hel massa extra för att kompensera för gravitationen.

Att något extra visar sig vara upp till 80% av saken i vårt universum. Vi kallar det "mörk" materia:partiklar vi inte kan se och inte förstår men som ger tillräckligt med gravitationskraft för att balansera böckerna.

Jakten på saknad materia

Vi har letat efter direkta bevis på mörk materia i åratal men hittat ingenting. Oroa dig inte:vi visste att det skulle vara svårt. Forskare tror att mörk materia i stort sett ignorerar normal materia och ljus.

"Partiklar av mörk materia kan finnas överallt runt omkring oss, men de interagerar bara inte elektromagnetiskt, "säger Vid Iršič, en forskare vid University of Washington och expert på mörk materia. "De kunde bara interagera gravitationellt."

Se upp! Neutrinoer passerar

Även om det låter konstigt, det finns redan prejudikat för partiklar som inte spelar bra med andra. De kallas neutrinoer.

"Neutrinoer är väldigt mycket lätta partiklar som interagerar mycket svagt, "säger Vid." De kommer från stjärnorna. Neutrinos från vår sol passerar genom jorden i sina miljarder varje sekund, över varje kvadratcentimeter. "

Dessa partiklar passerar genom dig just nu, men deras interaktioner är så milda att du inte känner någonting. Ändå är neutrinoer som stora mässingsband jämfört med mörk materia.

Så vad är partiklar av mörk materia?

Det finns massor av teorier och experiment som letar efter många olika partiklar i loppet för att lösa mysteriet om mörk materia. Nedan beskriver vi Vids personliga fem bästa kandidater för mörk materia, från högst sannolikt till minst troligt. Tänker kepsar på.

Kandidat #1:Svagt interagerande massiva partiklar (eller WIMP)

Svagt interagerande massiv partikel är en catch-all term för ett gäng partiklar som passar den beskrivningen. "Svagt interagerande" betyder att de inte interagerar mycket med normal materia eller ljus. 'Massiv' betyder att de är större än massan av en proton.

WIMP är populära eftersom de har förutspåtts oberoende av några olika partikelfysiska teorier. Och på grund av WIMP -miraklet. Miraklet är att dessa teorier också förutsäger den totala massan av WIMP, och det är ungefär samma massa som krävs för att förklara all extra gravitationskraft. Tillfällighet? Kanske inte.

Kandidat nr 2:Axioner

Axioner är en teoretisk partikel som vi drömde om för att lösa ett olöst problem inom kvantdynamik. Specifikt, deras existens skulle hjälpa till att förklara besynnerligheter i vår förståelse av kvarker och hur de håller ihop för att bilda protoner och neutroner. Men det är en helt annan historia ...

Om axioner existerar, de skulle också kryssa i några rutor med mörk materia. De förutspås endast interagera svagt med vanlig materia och ljus. Och de skulle ha rätt storlek för att vi skulle ha saknat dem (hittills). (Den storleken, om du undrar, är någonstans mellan 2 och 100 mikro-elektron-volt (och en mikro-elektron-volt är 1,78 × 10 ^-42 kilogram).

Axioner är också fantastiska. En axion sönderfaller i två fotoner. Dessutom kan du skapa en axion genom att kombinera två fotoner. Vi hoppas att detta hjälper oss att upptäcka dem en stund snart. I april, Vid universitet meddelade att det nu kan söka mer känsligt än någonsin tidigare efter tecken på axionförfall.

Kandidat #3:Ultralätt skalär mörk materia

Den här kandidaten är en relativt ny unge på blocket. Det är också känt som ultralätta axioner, otydlig mörk materia eller vinka mörk materia.

Om det finns, det är superduperljus, något liknande 10 ^-22 elektron-volt. Och för att det är så lätt, den beter sig på ett sätt som passar strängteori och kvantmekanik. Tanken är att när du får en hel galaxbelastning av dessa partiklar tillsammans, de beter sig mer som en våg än en snurrande boll.

Du hamnar med små partiklar som kombineras till en våg som sträcker sig över tusentals ljusår. Inte konstigt att de är knepiga att hitta.

Kandidat #4:Sterila neutrinoer

Mörk materia kan också vara en speciell form av neutrino, vilket är knepigt, eftersom neutrinoer redan är speciella. De finns i olika smaker (elektron, muon och tau), och de kan växla mellan smaker när de reser genom rymden. Plus, de är minimalt interaktiva och superlätta.

Neutriner i mörk materia, om de finns, är neutrino mycket tyngre kusin. Kallas sterila neutriner, de förutspås interagera med normal materia endast när de växlar mellan smaker.

Kandidat #5:Självsamverkande mörk materia

Detta är ett allt mer populärt alternativ. Tänk om det inte bara finns en typ av partiklar av mörk materia, men många?

Precis som normal materia har en hel massa olika partiklar, så också kan mörk materia. Men eftersom normala partiklar och mörka partiklar inte interagerar mycket, vi kanske aldrig vet. Kanske skulle det enda sättet vi kunde observera dessa partiklar vara indirekt, genom deras gravitationseffekt på kosmos utveckling. Tänkande kepsar exploderar.

"Det här är ganska fascinerande, säger Vid, i vad som bara kan vara världens största underdrift.

"Allt fler tror att mörk materia inte bara är en partikel utan en samling partiklar, kanske i en spegelbild av den värld vi känner. Standardpartiklarna som vi känner till, men kopplad från oss utom gravitationen och inte interagera med oss ​​på något annat sätt. "

Osynligt mysterium

Kommer vi någonsin att upptäcka vad mörk materia egentligen består av? Väl, vi ska ge det vårt bästa skott. Tusentals forskare runt om i världen letar efter tecken, pröva nya idéer och utveckla häpnadsväckande teknik.

Vi brukade tro att världen var platt. Och att vårt universum var synligt. Vad kommer de kommande decennierna att medföra?

Denna artikel publicerades först på Particle, en vetenskapsnyhetswebbplats baserad på Scitech, Perth, Australien. Läs originalartikeln.