Berapa banyak materi gelap yang melewati tubuh Anda setiap detik

Pembentukan struktur kosmik pada skala besar dan kecil sangat tergantung pada interaksi materi gelap dan normal. Meskipun ada bukti tidak langsung tentang keberadaan materi gelap, kami sangat ingin langsung mendeteksinya - dan ini bisa terjadi hanya jika ada persimpangan satu sama lain antara materi normal dan gelap.

Keseimbangan materi di Semesta, terlepas dari semua planet, bintang, gas, debu, galaksi, dan semua yang kita temukan di dalamnya, tidak menyatu. Pada skala kosmik terbesar, kita melihat hal yang sama: untuk efek gravitasi yang kita amati, tidak ada cukup materi. Materi terakumulasi, membentuk jaring kosmik; kelompok galaksi tumbuh dengan ukuran sangat besar, dan di dalamnya galaksi bergerak dengan kecepatan tinggi; masing-masing galaksi berputar dengan kecepatan tinggi, tetap besar sampai ke ujungnya.

Tetapi semua ini tidak mungkin terjadi jika tidak ada materi lima kali lebih banyak daripada segala sesuatu yang hanya dapat dijawab oleh proton, neutron, dan elektron. Gambaran kita tentang Semesta membutuhkan materi gelap (TM) untuk konsistensi internal. Dan jika itu nyata, maka Bima Sakti kita juga memiliki halo TM-nya sendiri, dan bagian dari TM ini melewati tata surya, Bumi, dan bahkan tubuh Anda. Dan inilah cara mengetahui berapa banyak TM yang ada di dalam diri Anda saat ini.


Untuk menjelaskan fenomena yang diamati di Alam Semesta pada skala terbesar, dari peninggalan radiasi ke jaringan kosmik, kelompok galaksi dan galaksi individu, materi gelap diperlukan

Di Semesta muda, semuanya lebih panas, lebih padat dan lebih seragam daripada hari ini. Pada hari-hari awal, ada daerah yang sedikit lebih padat yang mengandung sedikit lebih banyak dari rata-rata materi. Gravitasi menarik lebih banyak materi ke daerah-daerah tersebut, dan radiasi bekerja untuk mendorongnya keluar.

Jika kita hanya memiliki materi normal dan partikel penyusunnya ditambah dengan radiasi ini, maka galaksi dan kluster galaksi saat ini akan sangat berbeda dari yang kita lihat. Tetapi jika TM dalam rasio 5 banding 1 dengan yang biasa, kita secara teoritis dapat mereproduksi web kosmik yang sesuai dengan pengamatan dan pengukuran kita.


Pada skala terbesar, simulasi (merah) tidak sesuai dengan bagaimana galaksi sebenarnya terakumulasi (biru dan ungu), kecuali materi gelap dimasukkan di dalamnya.

Salah satu konsekuensi dari keberadaan HM adalah bahwa setiap struktur besar yang terbentuk di Semesta, misalnya, sebuah galaksi, akan dikelilingi oleh lingkaran besar HM yang langka. Lebih dekat ke pusat galaksi, materi normal (berbasis atom) akan terkumpul, karena ia dapat bertabrakan dan berinteraksi dengan dirinya sendiri dan radiasi. Tapi TM hanya melewati segala hal lain: melalui dirinya sendiri, materi normal, foton, dll.

Partikel TM, berinteraksi hanya melalui gravitasi, tidak dapat kehilangan momentum awal yang besar. Dalam seluruh sejarah Semesta, setiap partikel TM dapat melewati pusat galaksi tidak lebih dari selusin kali.


Menurut model dan simulasi, semua galaksi harus diselimuti dalam halo TM, yang kepadatannya maksimum di pusat. Bahkan pada interval milyaran tahun yang cukup panjang, setiap partikel TM di ujung lingkaran cahaya nyaris tidak menyelesaikan satu revolusi.

Pada skala terbesar di Alam Semesta, materi gelap mendominasi. Tetapi di mana kita berada, 25.000 tahun cahaya dari pusat galaksi, masalah biasa berlaku secara lokal. Di Bumi, di tata surya, situasinya bahkan lebih berbeda dari yang memerintah di ruang antarbintang. Kepadatan tubuh manusia sebanding dengan air - 1000 kg / m ³ .

Kepadatan materi gelap tempat kita tinggal, bahkan dalam simulasi paling realistis sekalipun, jauh lebih rendah: 10 ^-12 kg / m ³ . Jika Anda mengumpulkan semua TM yang ada di dalam semua orang di Bumi pada titik waktu tertentu, itu tidak akan diketik menjadi nanogram.


Gempa bumi diketahui tidak hanya karena retakan di bumi, tetapi juga untuk perubahan rotasi Bumi, yang, apalagi, sedikit diameternya setelah menyelesaikan revolusi penuh. Semua ini tidak mempengaruhi TM, sama seperti tidak ada hal lain yang terjadi di Bumi, termasuk ada atau tidak adanya manusia.

Jika Anda mengumpulkan semua HM dari seluruh tata surya hingga orbit Neptunus, Anda tidak lebih dari 10 ¹⁷ kg: massa asteroid kecil. Selain itu, karena tidak bertabrakan dengan materi normal, ia tidak bergerak dengan tata surya. Dia:

• tidak berputar mengelilingi matahari,
• tidak bergerak dengan matahari dan bintang-bintang lain di sekitar pusat galaksi,
• tidak tetap dalam satu pesawat,
• Jangan berputar dengan cakram Bimasakti.

Dengan kata lain, relatif terhadap Bumi, ia bergerak dengan kecepatan yang agak tinggi di bawah pengaruh gravitasi!


Lingkaran TM di sekitar Galaksi kita harus menunjukkan sifat interaksi yang sedikit berbeda ketika Bumi berputar mengelilingi Matahari, mengubah gerakan kita melalui TM di Galaksi kita.

Jika Anda ingin tahu berapa banyak TM melewati tubuh Anda dalam waktu tertentu, Anda hanya perlu mengalikan empat nilai. Ini adalah:

• kepadatan materi gelap
• area permukaan orang yang dilalui TM,
• Kecepatan TM
• lamanya waktu.

Setelah memperkirakan kepadatan TM - dan kami sudah mengetahuinya, yaitu 10 ^-21 kg / m ³ - kami dapat segera mendapatkan jawaban.


Galaksi kita dikelilingi oleh lingkaran halo TM yang besar, jadi alirannya harus melalui tata surya kita. Tetapi kepadatannya sangat kecil, yang membuatnya sangat sulit dideteksi.

Luas permukaan seseorang adalah 1,7 m ² . Karena TM dapat berasal dari sudut acak, kita dapat memperkirakan area yang berpotongan dengan TM sekitar 0,6 m ² .

Tata surya kita bergerak di orbit di sekitar pusat galaksi dengan kecepatan sekitar 200 km / detik, tetapi relatif terhadap TM, gerakan ini harus berjalan lebih cepat - mendekati 350 km / detik. Ini berarti bahwa TM bergerak relatif terhadap Bumi pada kecepatan urutan 400 km / s.

Dan kita dapat melakukan perhitungan untuk periode waktu apa pun - untuk setiap detik, selama satu tahun, untuk kehidupan seseorang (sekitar 80 tahun).


Bergerak melalui tubuh manusia dengan kecepatan 400 km / s, setiap partikel TM dengan sangat lambat membuat revolusi di sekitar galaksi, dalam waktu sekitar satu miliar tahun. Jika ada interaksi antara TM dan materi normal, kami akan memiliki kesempatan untuk mendeteksinya.

Dan jika ada saat-saat ada 10 ^-22 kg TM di dalam Anda, jumlah yang jauh lebih besar terus-menerus melewati Anda.

• Setiap detik, sekitar 2,5 × 10 ^-16 kg materi gelap akan melewati tubuh Anda.
• Setiap tahun - sekitar 10 ^-8 kg.
• Selama hidup, sekitar 1 miligram TM akan melewati seseorang.

Jumlah yang tampaknya kecil untuk periode waktu yang besar dikumpulkan dalam sesuatu yang nyata.


Hall B di LNGS dengan instalasi XENON dengan detektor yang terletak di dalam pelindung air besar. Jika TM berpotongan dengan materi normal, maka percobaan akan memiliki kesempatan untuk mendeteksi TM secara langsung, dan tubuh Anda akan memiliki kesempatan untuk bereaksi dengannya.

Fakta bahwa nilai-nilai yang diperoleh tidak begitu besar, tidak hanya berbicara tentang isi tubuh kita, tetapi juga tentang apakah kita dapat bermimpi menemukan TM. Entah itu terdiri dari partikel dengan massa yang sangat kecil atau sangat besar, setidaknya kita tahu massa TM yang melewati tidak hanya melalui seseorang, tetapi juga melalui detektor volume apa pun yang diberikan. Jika kita berasumsi bahwa kita mengetahui massa HM, kita dapat menghitung jumlah partikel yang melewati apa pun.

Selama beberapa dekade, kami telah membangun detektor yang lebih besar dan lebih sensitif, mencoba menyelidiki kemungkinan interaksi yang sulit dipahami antara HM dan materi biasa. Detektor paling canggih saat ini menggunakan atom dengan inti besar dan massa besar, dan mencari tanda-tanda rebound atau interaksi lainnya. Dan sejauh ini, semua skema deteksi langsung untuk TM tidak menghasilkan apa-apa.


Keterbatasan pada persimpangan sifat-sifat materi gelap dan rebound dari inti, termasuk akurasi prediksi proyek XENON1T. Semua upaya kami untuk menemukan TM bergantung pada serangkaian asumsi tertentu tentang sifat TM, tetapi dimensi dari persimpangan satu sama lain sangat terbatas.

Berdasarkan asumsi terbaik kami, TM ada di mana-mana. Ini mungkin tidak terlihat oleh mata, tetapi kita bisa merasakan ketertarikan gravitasinya. Ia melewati semua masalah Semesta, termasuk manusia, seolah-olah tidak ada apa-apa di sana. Sejauh yang kita tahu, tidak ada tabrakan atau interaksi dengannya, kecuali untuk kelengkungan ruang-waktu di bawah pengaruhnya. Itu tidak hancur, tidak berkelompok, tidak membentuk struktur seperti atom atau molekul gelap.

Namun, jika ada sedikit petunjuk tentang kemungkinan tabrakan TM dengan materi atau radiasi normal, kita dapat mendeteksinya. Jika bahkan satu partikel TM bertabrakan dengan satu proton atau elektron di tubuh Anda, kami akan memiliki kesempatan. Sulit untuk meminta lebih banyak ketika datang ke salah satu misteri terdalam di alam semesta.