Сансар судлал нь гайхалтай дэвшил гаргасан. Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд эрдэмтдийн хийсэн судалгаа нь хүн төрөлхтөн бидний орчлон ертөнцийн үүссэн түүхийг нарийвчлан сэргээн засварлах боломжийг олгосон юм. Орчлон ертөнц түүхийнхээ ихэнх хугацаанд хэрхэн, ямар шалтгаанаар хэрхэн хөгжсөнийг бид одоо илүү итгэлтэйгээр хэлж чадна. Орчлон ертөнц одоо бидэнд өмнөхөөсөө илүү ойлгомжтой болсон.
Гэсэн хэдий ч ойлгомжгүй зүйл үлдэв. Бид хичнээн хичээсэн ч бид орчлон ертөнцийн зарим үзэгдлийг тайлбарлаж чадахгүй хэвээр байна. Магадгүй эдгээр нууцуудын хамгийн сайн мэддэг нь харанхуй зүйл юм. Орчин үеийн аргуудыг ашигласнаар эрдэмтэд орчлон ертөнцийн бүх бодисын хэмжээг нарийн тодорхойлсон бөгөөд энэ нь атом хэлбэрээр байдаг энгийн бодисоос хамаагүй давуу юм. Хэдэн арван жилийн турш үргэлжилсэн шинжлэх ухааны өргөн хэлэлцүүлгийн дараа эрдэмтэд дараахь дүгнэлтэд хүрэв: орчлон ертөнцийн ихэнх зүйлийн (ойролцоогоор 84%) атомууд эсвэл бусад мэдэгдэж буй төрлийн бодисуудаас бус харин өөр зүйлээс бүрддэг., мөн гэрэл ялгаруулдаггүй, тусгадаг, шингээдэггүй. Илүү сайн зүйл байхгүй тул бид энэ нууцлаг зүйлийг "харанхуй бодис" гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч нэр өгөх нь ойлгох гэсэн үг биш юм.
Арван жилийн өмнө сансар судлалын чиглэлээр мэргэшсэн олон мэргэжилтнүүд, тэр дундаа миний бие гэнэт харанхуй бодисын мөн чанарын талаар сайн таамаглал дэвшүүлсэн гэж бодсон. Харанхуй бодис нь Их тэсрэлтийн дараах секундын эхний хэсгүүдийн дотор бий болсон гэдэг дээр үндэслэсэн бидний маргаан. Бидний тооцоолсноор Орчлон ертөнцийн эхэн үед бий болсон, дараа нь Их тэсрэлтийг даван туулсан харанхуй бодисын тоосонцрын нийт тоо нь эдгээр тоосонцоруудын бие биетэйгээ болон бодисын ердийн хэлбэртэй харьцах түвшингээс хамаарна. Тооцоолол дээрээ үндэслэн бид харанхуй бодисын харилцан үйлчлэлийг сул дорой цөмийн харилцан үйлчлэл гэж нэрлэгддэг сул дорой харилцан үйлчлэлтэй тэнцэх бусад хүчээр хийх ёстой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Бид ийм тоосонцорыг WIMP гэж нэрлэв (англи хэлний WIMP -ээс "сул харилцан үйлчлэлцдэг асар том тоосонцор" - Inosmi -ийн редакцийн тэмдэглэл), тэд харанхуй бодисын тоосонцорын үүрэгт хамгийн сайн нэр дэвшигч болжээ.
Хэрэв харанхуй бодис нь үнэхээр WIMP бол бид харанхуй бодисын тоосонцорыг шууд илрүүлж хэмжих туршилт хийх чадвартай байх ёстой. Үүний тулд физикчдийн жижиг баг харанхуй бодисыг илрүүлэх хэт мэдрэмтгий детекторыг бий болгож эхлэв; Эрдэмтэд тэдгээрийг сансрын цацраг туяанаас хамгаалж, гүний лабораторид байрлуулж эхлэв. Тухайн үед магадлал маш сайн байсан юм шиг санагдсан бөгөөд энэ хандлага нь нээлтэд хүргэх болно. Товчоор хэлбэл, харанхуй бодисын тоосонцор арван жилийн дотор илрэх болно гэж 2005 онд би мөрий тавьсан. Харамсалтай нь би энэ бооцоогоо алдлаа. Техникийн үүднээс авч үзвэл туршилтууд маш сайн байсан. Гэвч эрдэмтэд хүлээгдэж буй үр дүнг авч чадаагүй байна. Гэхдээ энэ нь тийм ч муу биш болсон. Яг тэр үед ажлаа эхэлсэн Том адрон коллайдер нь харанхуй бодисын шинж тэмдэг илрүүлээгүй нь тогтоогджээ. Хар туршилтаас харахад харанхуй бодис бол бидний бодож байснаас хамаагүй илүү төвөгтэй асуудал гэдгийг олж мэдсэн.
Харанхуй бодисын тоосонцорыг илрүүлж чадахгүй байгаа нь шинжлэх ухааны нийгэмлэгт бодит нөлөө үзүүлсэн. Бид асуудлыг шийдэхээс хоёр алхам хол байгаа гэдгийг би үгүйсгэхгүй. Гэсэн хэдий ч өнөөгийн харанхуй материал дээр ажиллаж буй хүмүүсийн ихэнх нь бидний харанхуй материйн дүрд дуртай олон нэр дэвшигчдийг аль эрт илрүүлэх ёстой байсныг хүлээн зөвшөөрдөг боловч ийм зүйл болоогүй юм. Энэ бүхэн нь эрдэмтдийг харанхуй бодис, түүний мөн чанартай холбоотой олон тооны онолын бүтээлүүд бий болоход хүргэсэн шинэ, заримдаа зөрчилдсөн таамаглалд анхаарлаа хандуулахаас өөр аргагүй болгосон юм.
Саяхан гарч ирсэн түгээмэл таамаглалуудын нэгээр бол харанхуй бодис нь нэг биш, харин "далд салбар" гэж нэрлэгддэг хэд хэдэн төрлийн тоосонцороос бүрдэж магадгүй юм. Цаашилбал, далд салбарын тоосонцор нь үндсэндээ зөвхөн өөр хоорондоо харьцаж, бусад мэдэгдэж буй материалын хэлбэртэй огт харьцдаггүй. Газар доорхи нөхцөлд хийсэн туршилтыг илрүүлэх эсвэл Том адрон мөргөлдөгч дээр олж авахад яагаад ийм хэцүү байдгийг энэ баримт тайлбарлаж байна. Далд секторыг бүрдүүлдэг эдгээр тоосонцор нь орчлон ертөнцийн эхэн үед гарч ирсэн бөгөөд бидний төсөөлөөгүй хүчний нөлөөн дор маш нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлд орсон байж магадгүй юм. Анхан шатны тоосонцорыг судалдаг физикчид янз бүрийн төрлийн далд бодисын харилцан үйлчлэл нь орчлон ертөнцийн эхэн үед харанхуй бодисыг тасралтгүй бүрдүүлэх нөхцөл болдог гэсэн олон онолыг санал болгодог. Чухамдаа далд салбарын мөн чанарыг тайлбарласан ийм онолыг физикчид дэвшүүлэхэд тийм ч хэцүү байгаагүй.
Өөр нэг таамаглал нь харанхуй зүйл биш харин Их тэсрэлтийн дараах секундын эхний хэсгүүдэд эзэлсэн орон зайтай холбоотой юм. Орон зайн өргөтгөлийн хурдыг тооцоолохдоо харьцангуйн ерөнхий тэгшитгэлийг ашиглахдаа бид том адрон мөргөлдөгч дээр ажигласан бүх төрлийн тоосонцорыг багтаасан бүх мэдэгдэж буй бодис, энергийн хэлбэрийг харгалзан үздэг. Гэхдээ орчлон ертөнцийн эхэн үед бидний хараахан мэдээгүй байгаа бусад хэлбэрийн бодисууд байсан байх магадлалтай. Энэ тохиолдолд бидний орчлон ертөнц бидний төсөөлж байсан шиг өргөжөөгүй байж магадгүй юм. Хэрэв эртний орчлон ертөнц эрдэмтдийн таамаглаж байснаас өөр хурдтайгаар тэлсэн бол (өөрөөр хэлбэл илүү хурдан эсвэл удаан тэлж байсан бол) энэ эрин үед харанхуй бодисын хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл өөр байсан тул харанхуй гэж нэрлэгддэг үлдсэн бодисын хэмжээ өөр байв. асуудал.
Их тэсрэлтийн дараах эхний секундын хугацаанд болсон орчлон ертөнцийн тэлэлт, хөгжлийн явцыг тайлбарлахын тулд бид олон янзын таамаглал дэвшүүлж болно. Зарим үл мэдэгдэх хэлбэр, энергийн нөлөөнөөс болж тэлэлтийн хурд нэмэгдсэн байж магадгүй юм. Эсвэл дэлбэрэлтийн дараах эхний мөчид өөрсдийгөө харуулсан гэнэтийн хүчин зүйлүүд нөлөөлсөн байж магадгүй. Магадгүй, хамгийн эхэнд, эхний секундын хугацаанд орчлон ертөнц гэнэт агшин зуур тэлж эсвэл хэзээ нэгэн цагт огцом фазын шилжилт хийсэн байж магадгүй юм. Эсвэл бүх зүйл өөр байсан байж магадгүй: задрах үед орчлон ертөнцийг халааж, улмаар түүний хувьслыг өөрчилдөг зарим нэг тоосонцор байдаг байх. Энд янз бүрийн таамаглал дэвшүүлж болно. Тэд бүгд харанхуй бодис үүсэх үйл явц болон манай орчлон ертөнцийн амьдралын эхний мөчүүдийг гэрэлтүүлж чадна. Хэрэв эрдэмтэд тэр үед юу болсныг яг таг мэддэг байсан бол харанхуй бодисын мөн чанарын талаархи бидний санаа бараг өөрчлөгдөж, түүнийг илрүүлэхийн тулд ямар туршилт хийх нь нэн даруй бидэнд тодорхой болно. Магадгүй, энэ тохиолдолд бид яагаад харанхуй бодис яагаад ийм удаан хугацаанд баригддаггүй юм бэ гэсэн асуултад хариулах боломжтой байх.
Харанхуй бодисыг барьж авах зориулалттай газар доорхи детекторууд дээр хийсэн туршилтуудаас олж авсан гайхалтай үр дүн, том адрон коллайдерт сансар судлалын шинжлэх ухаанд өөрийн постултуудыг өөрчлөх шаардлагатай болжээ. Харанхуй бодис нь энэ талаархи хамгийн түгээмэл санаанаас тэс өөр юм шиг санагддаг. Харанхуй бодисын ойлгомжгүй байдал нь биднийг зүрх сэтгэлдээ хайртай олон онолоос татгалзаж, энэ бодис ба Их тэсрэлтийн дараах эхний мөчид үүссэн нөхцөл байдлын талаархи цоо шинэ таамаглалыг дэвшүүлэхэд хүргэв.
Харанхуй бодисын мөн чанарыг ойлгохын тулд бид орчлон ертөнцийн ихэнх хэсгийг бүрдүүлдэг энэхүү бодисын хэсгүүдийг олж илрүүлээд зогсохгүй орчлон ертөнцийн түүхэн дэх хамгийн анхны мөчүүдийг мэдэж авах болно гэж найдаж байна. Энэ утгаараа харанхуй бодис нь Big Bang -ийн тодорхойлолтод ойртох боломжийг бидэнд олгодог. Энэхүү гайхамшигт үйл явдлын эхний мөчид шийдэгдээгүй, үл мэдэгдэх түлхүүрийг агуулсан гэдэгт би эргэлзэхгүй байна. Гэсэн хэдий ч орчлон ертөнц нууцыг чанд хадгалдаг. Бид эдгээр нууцыг ойлгож чадах эсэх нь энэ бүхэн биднээс хамаарна.
Дан Хупер бол Үндэсний хурдасгуурын лабораторийн ахлах судлаач юм. Энрико Ферми, Чикагогийн их сургуулийн одон орон, астрофизикийн профессор. Тэрээр "Цаг хугацааны ирмэг дээр: Бидний орчлон ертөнцийн эхний секундын нууцыг судлах нь" номын зохиогч юм.
