Neutrina są naturalnym oknem do nowej fizyki – mówi w Radiu Naukowym dr hab. Sebastian Trojanowski, fizyk teoretyk związany z Narodowym Centrum Badań Jądrowych oraz Astrocent (CAMK PAN). To już brzmi dobrze, a kiedy dodamy do tego ciemną materię, robi się ekscytująco!

Zdaniem gościa odcinka, to właśnie zmagania ze zrozumieniem natury neutrin i ciemnej materii sprawiają, że pojawia się potrzeba „wyjścia poza to, co już wiemy na temat cząstek mikroświata”. – Prawdopodobnie wyjaśnienie tych zagadek będzie się wiązało z wprowadzeniem nowych cząstek i nowych sił między nimi – dodaje fizyk.

W odcinku krążymy właśnie wokół tych dwóch zagadnień. Zaczynamy od opowieści o dotychczasowych efektach eksperymentu FASER przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Dr hab. Trojanowski jest jednym z jego pomysłodawców, a o FASER rozmawialiśmy w RN już w 2022 roku (odcinek nr 104). – Były dwa cele eksperymentu. Jeden dotyczył poszukiwań nawet nie tyle ciemnej materii, co cząstek, które mogą pełnić rolę mediatora pomiędzy nami a ciemnym sektorem – opowiada fizyk. Te poszukiwania trwają, na razie wynik jest negatywny, czyli FASER już zdołał wykluczyć część scenariuszy. Drugi aspekt działania FASER-a związany był z neutrinami. Są widoki na to, że dzięki eksperymentowi uda się zaobserwować po raz pierwszy oddzielnie neutrina i antyneutrina taonowe. Byłoby to uzupełnienie wiedzy o swoistej „tablicy Mendelejewa” cząstek elementarnych.

A ciemna materia? Fizyk uważa, że najbardziej obiecujące są obserwacje kosmologiczne. – To jest trop, którym należy iść, żeby spróbować lepiej zrozumieć naturę ciemnej materii – ocenia. Być może w ciągu dekady okaże się, że to, jak rozumiemy ewolucję Wszechświata nie będzie przystawało do obserwacji. – Wtedy powiemy: mamy dane, potrzebujemy Nielsa Bohra kosmologii, który powie, jak je odpowiednio zinterpretować – snuje wizję.

W odcinku dowiecie się też, czym jest „ciemny foton” (o ile istnieje), czy anihilacja jest smutna (moim zdaniem bardzo), jak wygląda praca fizyka-teoretyka, co tak naprawdę doświadczalnicy „przynoszą na biurko”. Solidny, ale jednocześnie lekki odcinek. Gorąco polecam!

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: Studio Radia Naukowego odwiedził doktor habilitowany Sebastian Trojanowski. Dzień dobry.

Sebastian Trojanowski: Dzień dobry, witam serdecznie. Dziękuję za zaproszenie.

K.G.: To wielki comeback.

S.T.: No tak, mieliśmy przyjemność chyba trzy lata temu, nie pamiętam dokładnie.

K.G.: 2022 rok, w lipcu opublikowaliśmy odcinek. Bardzo się cieszę z tego comebacku, powrotu, tym bardziej że Sebastiana wspominam naprawdę dobrze. W ogóle dowiedziałam się o istnieniu, jeśli mogę tak powiedzieć, Sebastiana Trojanowskiego na gali tygodnika „Polityka”, gdzie wyświetlił się właśnie taki film z tobą. Bardzo mi się spodobało to, jak opowiadałeś o nauce. Sebastian pracuje w Zakładzie Fizyki Teoretycznej Narodowego Centrum Badań Jądrowych oraz AstroCeNT w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk. A w tym 2022 roku rozmawialiśmy o ciemnej materii i o eksperymencie FASER w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Byłeś jednym z pomysłodawców tego właśnie eksperymentu. I porozmawiamy o eksperymencie, porozmawiamy o ciemnej materii, porozmawiamy sobie o fizyce, neutrinach. Na początek króciutko tylko przypomnę, że ciemna materia to jest niewidzialna substancja, która intryguje, coby nie powiedzieć: irytuje od dekad. Nie potrafimy jej zaobserwować bezpośrednio, ale jej wpływ widać wszędzie we wszechświecie. Bez niej rozpadłyby się wirujące galaktyki, ma ona również odpowiadać za strukturę kosmosu w największych skalach. Uważa się, że we wszechświecie jest około 5 razy więcej ciemnej materii niż tej zwykłej, widocznej, z której jesteśmy zbudowani my czy nasze kubeczki, kawusie, jabłuszka. Od lat 30. XX wieku, odkąd Fritz Zwicky zapostulował jej istnienie, co: gramy w taką ciuciubabkę?

S.T.: No tak, no niestety. Szukamy dalej, ale ja bym powiedział, że są perspektywy na znalezienie. To jest tak, że szukamy na Ziemi w różnych eksperymentach i szukamy na niebie. Z nieba pochodzą w ogóle wszystkie przesłanki na temat istnienia ciemnej materii do tej pory. I ja bym powiedział, że to, co się obecnie dzieje „na niebie”, czyli w obserwacjach kosmosu, jest bardzo obiecujące. Oczywiście jeszcze nie ma przełomu, ale to jest ten kierunek moim zdaniem.

K.G.: No właśnie, też o to chcę cię wypytywać: na ile łączą się te poszukiwania w tych mikroskalach, najmniejszych, z tymi obserwacjami gigantycznymi. Bo wydaje się, że jedno z drugim – jak to połączyć? A to przecież właśnie tutaj o to chodzi. Ale wiesz, chciałabym jeszcze zapytać o FASER. Bo FASER też miał grać w tę grę, ten eksperyment przy Wielkim Zderzaczu Hadronów też miał się przyczynić do znalezienia ciemnej materii albo jakiejś cząstki pośredniczącej między nami a ciemną materią – ale nie tylko, bo to nie było tak zawężone. Opowiedz, proszę, o FASER-ze.

S.T.: No tak, więc to jest ta idea, którą zaproponowaliśmy już ładnych parę lat temu. To jest taki eksperyment, który obecnie działa przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Skupia się na poszukiwaniu cząstek produkowanych w wysokoenergetycznych zderzeniach protonów, czyli jąder atomów wodoru, które się dzieją cały czas w Wielkim Zderzaczu Hadronów, przy czym mamy wielkie detektory, które badają te zderzenia, powiedzmy, w kierunku poprzecznym. Pamiętam chyba nawet taką analogię, używaliśmy poprzednio: o dwóch samochodach, które się zderzają. Mówiliśmy o śrubkach, które wypadają gdzieś naokoło, a my się skupiamy na tych śrubkach, które lecą do przodu albo do tyłu, czyli wzdłuż kierunku osi tych poruszających się protonów. I ten eksperyment działa. I rzeczywiście, tak jak mówiłem wtedy, to jest tak, że był taki dwutorowy cel tego eksperymentu. Więc jeden dotyczył nowej fizyki i poszukiwań właśnie tych cząstek, które mogą pośredniczyć w oddziaływaniach ciemnej materii. Nawet nie samej ciemnej materii, ale cząstek, które mogą pełnić taką rolę mediatora pomiędzy nami a tym ciemnym sektorem. I te poszukiwania trwają i na razie niestety wynik jest negatywny z tych danych, które się udało zebrać. Wiadomo, kolejne ograniczenia, które nam się udało wyprowadzić. Ale jeszcze był drugi aspekt działania FASER-a, który dotyczył neutrin. Neutrina są znane cząstki, o których wiemy, że istnieją. Najbardziej słabo oddziałujące cząstki ze wszystkich, które znamy; które są też neutralne elektrycznie, znaczy nie posiadają żadnego ładunku, nie są jak elektron na przykład czy proton, które budują nasze atomy. Natomiast wiemy o ich istnieniu, zapostulowano ich istnienie w latach 30. Już niedługo będzie prawie 100 lat od tego czasu. I później zajęło kolejne 30 lat ponad, żeby je odkryć tak naprawdę eksperymentalnie. To się udało w latach 60. I od tego czasu badamy te neutrina. Są bardzo zagadkowe. Wiemy już dzisiaj, że istnieją w tak zwanych trzech odmianach, mówimy: zapachach w języku fizyki. Czyli tak jak mamy elektrony, o których pewnie każdy słyszał, które budują atomy, to one mają cięższe rodzeństwo, powiedzmy – miony i taony. I neutrina należą do tej samej rodziny tak zwanych leptonów. Tu jest dużo trudnych nazw. Ale neutrina też występują w tych trzech odmianach: elektronowe, mionowe i taonowe. I teraz chcieliśmy badać neutrina w zderzaczu hadronów i to się udało. Więc pokazaliśmy najpierw, że w ogóle się to da robić – po raz pierwszy w historii zaobserwowaliśmy działania neutrin produkowanych przy tak wysokich energiach, po raz pierwszy w historii przez człowieka. Więc to było dla nas istotne, że to działa. I następnie te dane obecne, które są zbierane cały czas, już nas informują na temat ciekawych rzeczy. Więc mogę o tym powiedzieć państwu.

K.G.: Tak, tak, bardzo.

S.T.: Więc tutaj jest taka sprawa, że te neutrina są produkowane w Wielkim Zderzaczu Hadronów, w zderzeniach protonów, czyli właśnie tych jąder atomu wodoru. I procesy, w których one są produkowane – szczególnie te neutrina, które lecą do przodu albo do tyłu, wzdłuż osi zderzających się protonów – to te procesy są trudne do opisania. W języku fizyki najbardziej lubimy opisywać rzeczy, które… Mamy jakąś teorię, którą umiemy policzyć, i następnie dodatkowe oddziaływania traktujemy jako takie małe zaburzenie w tej teorii. Wtedy potrafimy to ładnie liczyć i robić przewidywania eksperymentalne. Natomiast niestety, gdy się skupiamy na tych neutrinach, które produkowane są wzdłuż osi wiązki, lecą do przodu albo do tyłu, to takie rachunki zawodzą. Tak że trzeba troszeczkę zmienić podejście. I są różne podejścia do tego, konkurencyjne, że tak powiem. I już pierwsze dane, które zebraliśmy w FASER-ze, dotyczące neutrin, potrafią do pewnego stopnia wykluczyć niektóre z tych podejść, a inne uczynić, powiedzmy, bardziej obiecującymi, jeżeli chodzi o nasze przewidywania. I teraz jakie to ma zastosowanie w fizyce? Ma to zastosowanie w badaniu promieniowania kosmicznego, które nieustannie bombarduje Ziemię, uderzając w atmosferę. I procesy, które tam zachodzą, właśnie są podobne do tego, co robimy w Wielkim Zderzaczu Hadronów. I mamy pewne zagadki związane z tym promieniowaniem. W szczególności jest taka zagadka mionów kosmicznych. Miony to jest właśnie to cięższe rodzeństwo elektronów. Zdaje się, że obserwujemy w pewnym przedziale energii zbyt dużo tych mionów w stosunku do tego, czego byśmy się spodziewali. I te badania w LHC związane z FASER-em miały właśnie pomóc w wykluczaniu lub potwierdzaniu niektórych hipotez, które miały wytłumaczyć, dlaczego tak jest. Nie jest to związane z ciemną materią, ale z innego rodzaju fizyką. I obecnie już wydaje się, że jesteśmy w stanie na razie wykluczyć przynajmniej niektóre z tych hipotez. Więc nie ma jeszcze przełomu w tym, żebyśmy wiedzieli, co się dzieje, ale przynajmniej potrafimy powiedzieć, że nie dzieje się to czy tamto, co ludzie myśleli, że się prawdopodobnie dzieje. Jest jeszcze jeden aspekt, o którym mogę wspomnieć, jeżeli chodzi o FASER-a i te badania neutrin. On dotyczy tego, co się teraz dzieje i może się wydarzyć, mam nadzieję, w najbliższych latach, w sensie w ciągu dwóch lat – a jeżeli nie, to w kolejnym okresie zbierania danych, bo to zależy troszeczkę od tego, jak efektywnie będą te dane napływały. Chodzi o to, że w fizyce cząstek elementarnych mamy tak zwany model standardowy, który ma zestaw cząstek. To jest tak jak tablica Mendelejewa w chemii, tak fizyka cząstek elementarnych ma swoją tablicę Mendelejewa. Jest mniej tych cząstek, nie jest tyle co pierwiastków chemicznych, ale jest tam jakaś grupa tych cząstek. I tę, nazwijmy to: tablicę Mendelejewa fizyki uzupełniliśmy o brakujący bozon Higgsa w 2012 roku, dzięki odkryciu w Wielkim Zderzaczu Hadronów.

K.G.: Teoria go przewidywała, tylko wcześniej nie był dostrzegalny. Udało się, mamy uzupełniony puzzelek.

S.T.: Absolutnie, dokładnie tak. To jest prawdopodobnie największe odkrycie Wielkiego Zderzacza Hadronów. I teraz chodzi o to, że wydaje się, że ta tabelka jest kompletna. Ona nie zawiera ciemnej materii. Wiemy już, że żaden z tych elementów nie może być ciemną materią. Natomiast jest taka ciekawostka, która na ogół umyka nawet profesjonalnym naukowcom. Oczywiście wszyscy wiedzą, że większa część tych cząstek występuje jako cząstki i antycząstki, więc mają swoje kopie. Nie wszystkie. Oczywiście obserwowaliśmy dla prawie każdej z tych cząstek zarówno cząstki, jak i antycząstki. Okazuje się, że jest jedna cząstka w tej tabelce, która ma swoją antycząstkę, i to raczej jesteśmy pewni tego na podstawie pewnych pośrednich obserwacji, ale nie mieliśmy okazji do tej pory obserwować tak naprawdę oddzielnie tej cząstki i antycząstki. To jest właśnie to neutrino, jeden z tych rodzajów, neutrino taonowe. Więc do tej pory mogliśmy obserwować albo tylko neutrino teonowe, albo oba naraz, nie mając możliwości oddzielenia jednego od drugiego.

K.G.: A to jak one są oba naraz, to nie anihilują? Czyli jest ten taki efekt w przypadku antycząstek, że właśnie pojawia się jedna, mamy sobie elektron i pozyton, prawda? I kiedy one się spotkają, to anihilują, zostaje tylko energia.

S.T.: Tak, tak. Oczywiście, mówiąc oba naraz, miałem na myśli coś takiego, że mamy jakieś źródło neutrin, które może produkować zarówno neutrina taonowe, jak i antyneutrina. I raz obserwujemy jedno, raz drugie, ale nie potrafimy powiedzieć, które tak naprawdę.

K.G.: Nie umiecie rozpoznać, które jest które?

S.T.: Nie umiemy rozpoznać, dlatego że żeby to zrobić, to nie jest takie proste. Bo chodzi o to, że te neutrina najlepiej, żeby to zrobić, powinny mieć wystarczająco dużą energię, żeby w ich oddziaływaniu powstała naładowana cząstka lepton tau. To jest taki cięższy brat elektronu. I ten lepton tau może mieć ładunek dodatni albo ujemny, elektryczny ładunek. I następnie on się rozpada, bo on jest bardzo krótkożyciowy, więc trzeba zobaczyć ten lepton przez krótki moment – i następnie zobaczyć, do czego się rozpada, żeby zrozumieć, jaki miał ładunek ten lepton. Do tej pory nie mieliśmy takich możliwości. Byliśmy w stanie zobaczyć…

K.G.: Bo rozumiem, że kłopot jest taki, że neutrina nie są naładowane i dlatego nie mamy takiego prostego markera.

S.T.: Dokładnie, tak. Powinienem o tym powiedzieć, że neutrina nie są naładowane i tak naprawdę jak one przelatują przez detektor, to ich w ogóle nie widzimy. Widzimy tylko efekt ich oddziaływania – inne cząstki, które powstają w wyniku ich oddziaływania. Więc neutrina są, w języku fizyki mówimy: missing energy, czyli to jest coś, co w bilansie energii możemy się domyślić, że one były, ale w ogóle nie ma żadnego śladu po nich w detektorze. Widzimy tylko to, co powstaje. Dlatego musimy zrobić jakąś sytuację eksperymentalną, żeby w tych oddziaływaniach mogło powstać coś, co możemy zobaczyć, tak jak ten lepton tau (ale on jest bardzo krótkożyciowy, więc on bardzo szybko się rozpada) i jeszcze później przeanalizować, do czego się rozpadł. No i do tej pory nie mieliśmy takich możliwości eksperymentalnych, żeby to robić. I FASER po raz pierwszy może to zrobić, więc mamy szansę uzupełnić naszą wiedzę w tej tablicy Mendelejewa fizyki cząstek elementarnych o zrozumienie, po raz pierwszy obserwacje oddzielnie neutrin taonowych i antyneutrin taonowych. Tylko pytanie jest takie, czy uda się to zrobić w obecnie trwającym okresie zbierania danych w LHC, czy dopiero w następnym. To jest kwestia, jak efektywnie te dane zostaną zebrane. Mamy nadzieję na taki dodatkowy pomiar, który uzupełni wiedzę, którą niby mamy, ale tak naprawdę nigdy jej nie potwierdziliśmy do końca.

K.G.: Zatrzymajmy się na chwilę przy tym, jak wygląda kuchnia pracy fizyka. Bo kiedy tak sobie wyobrażamy cząstki, to widzimy kuleczki. To jest mniej więcej to, jak mamy gdzieś tam to w głowach obrazowane. I nie ma się, myślę, co na to obrażać, bo jakoś to trzeba wizualizować. Ale kiedy ty jako fizyk pracujesz nad czymś takim, to co ty dostajesz? To jest jakiś rząd cyferek? Analizuje ci to AI? Analizują ci to programy? Jaką dostajesz odpowiedź w zasadzie?

S.T.: Ja jestem fizykiem teoretykiem, więc przede wszystkim nie pracuję tak dużo z danymi.

K.G.: No to co ci przynoszą doświadczalnicy na biurko?

S.T.: Tak, to, co mi przynoszą doświadczalnicy, to jest bardzo w ogóle ciekawe, dlatego że oczywiście doświadczalnicy to, co widzą tak naprawdę, to są jakieś, dajmy na to, sygnały elektryczne w ich detektorze. Więc to jest dalekie od tych obrazków ładnych…

K.G.: Filmy.

S.T.: …które później tworzymy na podstawie. Więc oni oczywiście mają całą procedurę, jak zinterpretować te sygnały elektryczne: w którym miejscu się wydarzyły, jak wyglądały, jaki był ich kształt, jaki był ich okres, jaka była ich siła, żeby to przełożyć na wiedzę na temat np. cząstki, która przeszła w danym miejscu detektora. Czyli np. możesz sobie wyobrazić to w ten sposób, że mamy zestaw takich czułych detektorów, które wytworzą te sygnały elektryczne. Mamy cząstkę, która przelatuje przez nie, przez 10 takich, powiedzmy, pod rząd. Najpierw przez pierwszy, później przez drugi, w różnych miejscach. Mamy możliwość powiedzenia, gdzie zostało to wzbudzenie wykonane, w jakim czasie, więc możemy na tej podstawie domyślać się, że tu przeleciała cząstka, która leciała z taką prędkością, pod takim kątem i tak dalej. Jeżeli dołożymy do tego pole magnetyczne, a ta cząstka była naładowana, to ze szkoły wiemy, że jest coś takiego jak siła Lorenza. Ta cząstka będzie się zakrzywiała w tym polu, jej ruch. Więc możemy zaobserwować to zakrzywienie i jeszcze coś powiedzieć na temat jej ładunku. Więc to są rzeczy, które… Tak naprawdę eksperymentatorzy widzą jakieś sygnały elektryczne. Jak mówiłem, oni to później interpretują jako trajektorie cząstek. To, co później my dostajemy, teoretycy, to już jest obrobiony, że tak powiem, materiał, w którym tak naprawdę mamy do czynienia właśnie z tego typu rzeczami, typu trajektorie cząstek. Nawet same trajektorie nas tak nie interesują jak fakt, że udało się zidentyfikować, że to jest na przykład elektron albo mion, albo jakaś inna cząstka – i ile takich zdarzeń było. To są rzeczy, które nas interesują. Bo my tu następnie mamy jakiś model – powiedzmy właśnie oddziaływań ciemnej materii czy czegoś innego – który ma przewidywania eksperymentalne i my potrafimy na tej podstawie powiedzieć: okej, ten model miał właśnie takie przewidywania, że powinno być tyle i tyle tych zdarzeń. Albo że miał przewidywania, że powinno być ich więcej, a jest ich mniej, w związku z tym jest wykluczony. Więc to jest taka praca, że tak powiem, między nami. Jeżeli chodzi o badania w FASER-ze i ciemną materię, to tam właśnie szukamy tych cząstek pośredniczących, które powinny być produkowane w Wielkim Zderzaczu Hadronów, następnie przelecieć pół kilometra i rozpaść się w detektorze. Oczywiście one nie muszą się rozpaść akurat za pół kilometra. Natomiast chodzi o to, że jest ich tak dużo, że niektóre się rozpadną w tym miejscu. I na przykład tych cząstek… Znowu to jest tak jak z neutrinami – ich w ogóle nie widzimy. Widzimy tylko to, do czego się rozpadną. Więc jeżeli się rozpadną i na przykład wyprodukują parę elektron-pozytron (tak jak mówiłaś, pozytron to jest antycząstka elektronu), to wtedy my obserwujemy ten elektron i pozytron i szukamy tego. A jeżeli tego nie zaobserwujemy, to znaczy, że one nie powstały w takiej ilości, w jakiej powinny, nie rozpadły się, i nie ma tego sygnału. Ta teoria nie jest prawidłowa. Więc do tej pory udało nam się w FASER-ze wykluczyć jedną z takich możliwości, dotyczącą tak zwanego ciemnego fotonu, taki cięższy odpowiednik fotonu.

K.G.: Postulowany?

S.T.: Postulowany, tak. Jako cząstka, która mogłaby pośredniczyć. Dlaczego o tym mówimy? Bo foton, czyli kwant światła, to jest też cząstka elementarna, która pośredniczy w oddziaływaniach elektromagnetycznych, czyli w takich, które w zasadzie w naszym życiu codziennym, poza grawitacją, to oddziałania elektromagnetyczne rządzą wszystkim, co robimy. Tym, że możemy chodzić, tym, że nasze ręce nie przenikają przez siebie i tak dalej. To wszystko to są oddziałania elektromagnetyczne. Poza tym jeszcze mamy oddziaływania słabe i silne, ale to już są bardziej związane z procesami jądrowymi. W życiu codziennym grawitacja i elektromagnetyzm. I foton to jest cząstka, która pośredniczy w tych oddziaływaniach elektromagnetycznych.

K.G.: Bez fotonu nie ma nic.

S.T.: Dokładnie, padamy. No i ciemny foton był postulowany jako taki ciemny odpowiednik fotonu, czyli z tego ciemnego sektora wszechświata, który mógłby pośredniczyć podobnie jak foton, tylko tym razem w oddziaływaniach nas z ciemną materią.

K.G.: To jest taka wizja, rozumiem, że… Bo czytałam o takiej wizji, że ten ciemny sektor właśnie, jak mówisz, to miałoby być coś niemal lustrzanego do tego naszego świata, jeśli chodzi o cząstki, że mogłoby być coś takiego jak ciemny foton, ciemny elektron, ciemne atomy itd.Taka to wizja.

S.T.: Jest taka wizja, natomiast tutaj, mówiąc o ciemnym fotonie, nawet nie wymaga to całego lustrzanego odbicia. Sam ciemny foton wystarczy – i jakaś inna cząstka, która pełniłaby rolę ciemnej materii, oczywiście.

K.G.: Czyli byłoby coś, co jest tą ciemną materią per se, a ciemny foton byłby czymś, co jakoś oddziałuje.

S.T.: Dokładnie, dlatego że foton jest w pewnym sensie, z punktu widzenia teoretyka, to jest jeden z prostszych sposobów, w jaki możemy opisać oddziaływanie między różnymi cząstkami. Więc jeden z najprostszych sposobów, w jaki moglibyśmy opisać nieznaną nam rzecz, czyli oddziaływanie ciemnej materii, to pomysł był taki, że to może być właśnie tak jak foton, tylko troszeczkę inaczej. To cząstka jakaś masywna, posiadająca masę z pewnych powodów teoretycznych.

K.G.: A foton nie ma masy.

S.T.: Foton nie ma, natomiast ciemny foton miałby. Natomiast okazało się, że niestety nie ma tego, przynajmniej w części… Znowu dlatego, że każdy model ma, mówimy, przestrzeń parametrów, czyli ma pewne swobodne śrubki, które można dokręcić, odkręcić. Więc przynajmniej niektóre z tych konfiguracji wiemy, że nie działają, jeszcze nie wszystkie, no ale FASER jeszcze szuka tego. Ale poza tym to, jak mówię, jest ta cała rzecz dotycząca neutrin i to hula, że tak powiem, i myślę, że bardzo fajnie.

K.G.: Jeśli chodzi o FASER?

S.T.: Jeśli chodzi o FASER, tak. Nie tylko, oczywiście, bo w neutrinach są badane w wielu eksperymentach.

K.G.: Bardzo są modne! Tak mi się wydaje, jak tak obserwuję.

S.T.: No tak. Są, no oczywiście. To jest tak, że przede wszystkim dlaczego? Dlatego, że ponad 20 lat temu odkryliśmy zjawisko oscylacji neutrin. Czyli tak jak mówiłem, że są trzy rodzaje neutrin, to wiemy już teraz, że one mogą przechodzić jedno w drugie. W sposób, powiedzmy, spontaniczny. Gdy lecą takie neutrina, dajmy na to, ze Słońca, gdzie są produkowane w dużych ilościach, dolatują do Ziemi, to podczas tej drogi może dochodzić do zmiany ich, nazwijmy to, właśnie tego zapachu, czyli tej odmiany. I to obserwujemy. To zjawisko powiedziało nam, że neutrina mają masę, bo wcześniej ludzie myśleli, że mogą być bezmasowe tak jak foton, tak jak powiedziałaś. Natomiast do tej pory na razie jeszcze nie wiemy, jak małą mają tę masę. Mamy ograniczenia, oczywiście, ale nie jesteśmy pewni dokładnej wartości.

K.G.: To znaczy, że mają tak mało, że trudno jest to złapać, jak mało?

S.T.: To znaczy… W pewnym sensie tak. To jest tak, że mamy ograniczenia zarówno z góry, jak i z dołu na tę masę, więc już coraz bardziej zawężamy.

K.G.: Widełki mamy.

S.T.: Tak, tak. Ale do tej pory jeszcze nie udało się tak dokładnie zmierzyć, jaka jest ta wartość. Ale nawet z takich ciekawostek powiem, że dlatego, że ograniczenia na masę neutrin pochodzą zarówno z bezpośrednich pomiarów właśnie oscylacji, jak i z badań kosmologicznych, o których będziemy pewnie mówić. I jakiś czas temu, rok czy dwa lata temu, pojawiła się taka praca, która sugerowała, że kosmologia sugeruje, że neutrina mają negatywną masę, ujemną masę. Co oczywiście jest bez sensu.

K.G.: Uuu, ale jak brzmi!

S.T.: No właśnie. Jest to oczywiście bez sensu. I nawet autorzy sobie zdawali sprawę, że to nie jest tak, że neutrina mają ujemną masę, natomiast chcieli zwrócić uwagę na to, że jest problem. I rzeczywiście jest ten problem, który zaczynamy zauważać, że pojawia się… Tak jak mówiłem, mamy te górne i dolne ograniczenia, które teoretycznie się coraz bardziej spotykają, i zależnie od analizy nawet zaczynają się przekraczać. To znaczy zaczyna być tak, że górne ograniczenie jest niżej niż to dolne, co jest oczywiście bez sensu, ale chodzi o to, że pojawia się pewne napięcie między kosmologią a danymi ziemskimi co do tych pomiarów, które jeszcze nie jest takim napięciem nie do rozwiązania, ale docieramy do tego. Dlatego właśnie mówiłem, że niebo, czyli obserwacje kosmosu, dostarczają nam w tym okresie bardzo, bardzo istotnych i nowatorskich danych.

K.G.: A co nam to mówi o neutrinach? Nie wiem, jak dobrze zadać to pytanie, ale jakoś intryguje mnie to, że one potrafią zmieniać swoją naturę czy ten zapach właśnie. Tak o: lecę sobie i nagle jestem takim neutrinem, a za chwilę jestem takim, a potem takim.

S.T.: No właśnie. Więc to jest tak, że to zjawisko oscylacji neutrin zasadniczo rozumiemy w ramach modelu standardowego cząstek elementarnych, ale wymaga ono tak naprawdę uzupełnienia tego modelu, żeby wytłumaczyć masę. Dlaczego te neutrina mają masę? I teraz ja rozumiem, wiadomo, że to jest trochę dziwne, że coś leci i nagle dolatuje jako coś innego. Ale fizyka cząstek elementarnych w ogóle…

K.G.: Jest dziwna.

S.T.: Tak, wymyka się naszej intuicji. Natomiast to, co jest dla nas istotne, to jest to, że ponieważ ta oscylacja zachodzi i ponieważ neutrina mają masę, to są naturalnym oknem do nowej fizyki. To znaczy rozumiemy, że żeby to wszystko wyjaśnić, to mamy model standardowy, ale musimy go jeszcze uzupełnić. Mamy pomysły, jak to zrobić. Ale w pewnym sensie poza ciemną materią neutrina są tym drugim miejscem, w którym w naturalny sposób pojawia się potrzeba wyjścia poza to, co już wiemy na temat cząstek mikroświata, dlatego że obecne eksperymenty, pomiary już nam pokazują, że musimy pójść poza to, co nam się wydawało jeszcze, powiedzmy, 30 lat temu na temat ciemnej materii.

K.G.: Ta nowa fizyka, która też brzmi oczywiście tak, że aż ciarki po plecach przechodzą, tak ekscytująco, to ma być coś, co właśnie wychodzi poza ten model standardowy, czyli ten, ujmijmy to w uproszczeniu, zestaw cząstek elementarnych, które znamy? Czy to ma iść jeszcze jakoś szerzej, opowiadać o innych prawach fizyki?

S.T.: Bez wątpienia. Chodzi o to, że… Szczególnie jeżeli chodzi o ciemną materię, ale również neutrina, o wyjaśnienie tego, to prawdopodobnie wyjaśnienie tych zagadek będzie się wiązało z wprowadzeniem też nowych cząstek i nowych sił między nimi. Więc pojawiły się do tej pory w fizyce…

K.G.: Bo mamy podstawowe właśnie.

S.T.: Tak, mówimy o czterech rodzajach sił, oddziaływań. Czyli mamy grawitację, mamy oddziaływania elektromagnetyczne, o których mówiłem, mamy jeszcze tak zwane oddziaływania silne i oddziaływania, które są słabsze od nich, więc je nazwano oddziaływania słabe. Bez wielkiej innowacji tutaj. To są cztery rodzaje oddziaływań, o których wiemy, że istnieją, i które potrafimy opisywać teoretycznie. Natomiast wytłumaczenie ciemnej materii, wytłumaczenie wszystkich efektów związanych z neutrinami, będzie prawie na pewno wymagało odkrycia innych sił, które istnieją w przyrodzie i tak naprawdę szczególnie związane są z ciemną materią. Innych sił, które decydują o tym, ile ciemnej materii zostało wyprodukowane, jak ona oddziałowuje, jaki ma wpływ na ewolucję wszechświata, poza grawitacją. Natomiast nie jesteśmy na tym etapie, żeby powiedzieć, co to dokładnie jest.

K.G.: Czyli powtórzmy jeszcze raz, jeśli dobrze rozumiem, że i neutrina, i problem związany z ciemną materią jakoś są podobne. Że gdzieś tutaj widać, że jest jakiś łącznik, wspólny mianownik, że warto badać dokładnie neutrina, bo być może one nas doprowadzą do rozwiązania zagadki ciemnej materii?

S.T.: Tak, to jest tak, jak w pewnym sensie można powiedzieć, że jak starzy koledzy z liceum. Bo chodzi o to, że to, co jest uderzające na temat neutrin i ciemnej materii, to jest to, że obie te cząstki, tak jak sądzimy obecnie, to są relikty bardzo wczesnego wszechświata. To znaczy w bardzo wczesnym, młodym wszechświecie były produkowane w dużych ilościach. I jesteśmy w stanie zaobserwować ich wpływ poprzez grawitację na ewolucję struktur we wszechświecie już w bardzo wczesnym etapie. Również zarówno ciemnej materii, jak i neutrin na bardzo wczesnym etapie związanym z tak zwanym mikrofalowym promieniowaniem tła, o którym mogę później powiedzieć. Natomiast ciemna materia później jeszcze wpływała na ewolucję przez kolejne miliardy lat. Neutrina już trochę mniej. Natomiast to, co je też łączy, to jest to, że tych kosmicznych neutrin ani kosmicznej ciemnej materii wyprodukowanej dawno temu niestety obecnie nie jesteśmy w stanie obserwować. Więc w przypadku neutrin rozumiemy to, dlatego że na szczęście istnieją inne zjawiska astrofizyczne i te ziemskie, tak jak właśnie m.in. w detektorze FASER, w których potrafimy wytwarzać neutrina o wyższych energiach i je po prostu badać, więc udało się je odkryć.

K.G.: Czyli wytwarzamy takie, które były po Wielkim Wybuchu podobne?

S.T.: Tak. Natomiast te neutrina, które powstały wtedy w ogromnych ilościach i istnieją do dzisiaj, one mają bardzo niską energię dzisiaj i ich siła oddziaływania jest bardzo mała. Dlatego…

K.G.: Ich nie rejestrujemy. Te, które rejestrujemy, to są te, które np. ze Słońca do nas docierają.

S.T.: Dokładnie. To jest inna skala energii. Natomiast to kosmiczne tło neutrinowe to jest niestety coś, co postulujemy, można powiedzieć, ale do stopnia, w którym jesteśmy praktycznie pewni, że one istnieją, Natomiast nie jesteśmy w stanie ich zobaczyć jak dotąd, co oczywiście jest tak jak z ciemną materią – też jest ten problem. Z neutrinami jest o tyle lepiej, że przynajmniej jesteśmy je w stanie obserwować na wyższych energiach. Z ciemną materią obecnie – to jest też ciekawy kierunek badań, trochę powiązany z FASER-em, ale tak naprawdę z jego rozszerzeniami – obecnie próbujemy też to robić, znaczy próbujemy wytwarzać sztucznie ciemną materię i badać jej oddziaływania przy wyższych energiach niż to, co jest możliwe w takiej ciemnej materii wokół nas. Natomiast nie ma oczywiście… Przez to, że nie udało nam się nigdy zaobserwować innych oddziaływań niż grawitacyjne ciemnej materii, to nie wiemy nawet, jak masywna jest ta cząstka. Więc nasze eksperymenty potrafią wytwarzać cząstki do pewnej masy, a wyżej już nie. Więc jeżeli na przykład jest bardziej masywna…

K.G.: Ona może być… Sky is the limit?

S.T.: Tak, może być poza naszym zasięgiem, więc nie jesteśmy pewni, czy tak się uda. Natomiast jest to obecnie próbowane. Czyli jest to taki trochę nowy kierunek badań w ciemnej materii. Próbujemy wytwarzać sztucznie te cząstki i następnie badać ich, w języku fizyki mówimy: rozpraszania, czyli zderzenia, w jakichś detektorach. No właśnie, więc…

K.G.: Ja tak będę powtarzać po tobie, wiesz, bo to są trudne rzeczy. Sama dla siebie, ale też może dla słuchaczy. Czyli tuż po Wielkim Wybuchu powstały, między innymi oczywiście, te kosmiczne neutrina z ogromnymi energiami – i te możemy sobie produkować właśnie w Wielkim Zderzaczu Hadronów, podobne do nich. I też na początku prawdopodobnie musiały powstać te z ciemnej materii. To chyba wszystko powstało wtedy, nie?

S.T.: Tak, bo jest tak, że widzimy efekty grawitacyjne ciemnej materii już w bardzo wczesnym wszechświecie. Czyli, powiedzmy, tak naprawdę to sięga już jakichś przynajmniej dziesiątek tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Natomiast pośrednio jesteśmy w stanie powiedzieć, że prawdopodobnie to już nawet było około sekundy, gdy ciemna materia musiała istnieć. Szczególnie później, w tym właśnie okresie do 300 tysięcy lat, widzimy silny wpływ ciemnej materii na rozwój zaburzeń w materii. To są trudne rzeczy, ale na tym wczesnym etapie wszechświat był taką gorącą zupą cząstek. I ona nie była idealnie jednorodna, ta zupa, więc tak jakby ktoś troszkę mieszał łyżką w tej zupie, prawda? I były takie troszeczkę miejsca, w których było trochę więcej materii, i inne, w których było trochę mniej materii. I rozkład tych struktur jesteśmy w stanie obserwować, dlatego że ta gorąca zupa na pewnym etapie się na tyle ochłodziła, że wcześniej nie było tam atomów, były swobodne jądra atomowe i swobodne elektrony, ale one się mogły połączyć. Taki proces nazywał się rekombinacja, dużo trudnych nazw tutaj. Ale chodzi o to, że w tym procesie, jak się połączyły one i powstały atomy, to wszechświat nagle stał się bardziej transparentny, czyli światło, które było uwięzione, nagle zostało wypuszczone i to światło…

K.G.: Rozbijało się te wszystkie cząstki.

S.T.: Dokładnie tak.

K.G.: A one się ściaśniły mniej więcej w atomy? I fotony mogły… Wybacz takie obrazowania, ale tak sobie to wyobrażam: o, mogę lecieć.

S.T.: No dokładnie, można tak powiedzieć.

K.G.: I przyleciały do nas, do naszych detektorów. Po tych miliardach lat!

S.T.: I to jesteśmy w stanie obserwować. To jest tak zwane mikrofalowe promieniowanie tła. I neutrina kosmiczne były produkowane w ten sam sposób. Więc prawie na pewno one istnieją. W zasadzie jesteśmy tego pewni. Natomiast nie mamy technicznych możliwości, żeby je obserwować. Ale podobnie jak mikrofalowe promieniowanie tła, tak samo powinno istnieć mikrofalowe promieniowanie neutrin, nazwijmy to, które powinniśmy obserwować do dzisiaj.

K.G.: A to, że widzimy grawitacyjne oddziaływanie ciemnej materii właśnie już dziesiątki tysięcy lat po Big Bangu, to widzimy w czym? W tym, że właśnie ta struktura wszechświata nie jest jednorodna? Że mamy gdzieś tu zagęszczenia, a tutaj mamy wielkie pustki tak zwane? To jest to?

S.T.: To jest dobre pytanie. Jak była ta gorąca zupa i miała takie drobne zgęszczenia materii albo drobne przerzedzenia w różnych miejscach, które powstawały…

K.G.: Śmietana się zwarzyła.

S.T.: O, dokładnie. I one powstawały w sposób całkowicie spontaniczny. Po prostu wiadomo, że te cząstki się ruszają nieustannie, więc dochodzi do różnych… Nie jest to tak, że to jest statyczny układ. I teraz chodzi o to, że rozkład tych większych i mniejszych plamek, czyli właśnie tych takich obszarów, gdzie było więcej materii, i obszarów, gdzie było mniej… Mamy tutaj przynajmniej trzy efekty. Więc jest efekt związany z ciemną materią, która oddziałowuje grawitacyjnie, więc wszystko chciałaby skupić do siebie. Więc ciemna materia działa w ten sposób, że jeżeli powstała jakaś drobna grudka materii i tam też była ciemna materia, to ciemna materia zwiększałaby i zwiększała tę grudkę, bo wszystko by wciągała do siebie, tak jak grawitacja działa. Natomiast zwykła materia ma to do siebie, że oddziałuje, więc to stwarzało pewne ciśnienie, które blokowało ten proces. A neutrina jeszcze, jako trzeci aspekt tego, w ogóle poruszają się dość swobodnie, miały ogromną energię wtedy, było ich bardzo dużo. Dużo więcej nawet niż ciemnej materii na wczesnym etapie. Więc one mogły swobodnie z takich grudek uciekać i częściowo ciągnąć za sobą część z tej materii, powodując pewne rozrzedzanie się tych grudek, nazwijmy to. Tak jakby ktoś w tej śmietanie rozwalał łyżką jakiejś rzeczy, tylko że od środka. I teraz obserwując rozkład tych grudek, właśnie w tym promieniowaniu tła, jesteśmy w stanie powiedzieć, że rzeczywiście musiała istnieć zarówno ciemna materia, która w ogóle sprawiała, że te grudki istniały, rosły tak, jak trzeba, ale też neutrina o określonej masie (stąd się biorą te ograniczenia na masę, o których mówiłem, z kosmologii, na neutrina), które częściowo ciągnęły i rozciągały te grudki, zmniejszały ich liczbę. To są rzeczy, które jesteśmy w stanie powiedzieć.

K.G.: Było też tak swego czasu w tej drodze naukowców w poszukiwaniu ciemnej materii, że same neutrina chyba były brane pod uwagę, że to one mogą być odpowiedzialne za te efekty, prawda?

S.T.: Dokładnie, tak. To jest właśnie tak, jak mówiłem. Jak starzy znajomi z liceum. One powstały też we wczesnym wszechświecie i miały szereg własności takich… Wiemy, że istnieją do dziś, i tak dalej, więc miały szereg własności takich, przez które ludziom się wydawało, że może po prostu to jest ciemna materia i tyle.

K.G.: Ale jakieś takie za chude, nie?

S.T.: Dokładnie, o to chodzi. Więc to byli znajomi, z których jeden był jak Flip i Flap. Czy Asteriks i Obeliks? Więc Asteriks niestety nie może być Obeliksem, więc szukamy ciemnej materii jako cząstki, która może być nieco podobna do neutrin, ale dużo cięższa. Prawdopodobnie oddziałująca też słabiej ze znaną nam materią, dlatego że inaczej byśmy już ją zaobserwowali w wielu eksperymentach.

K.G.: Ale, co chyba ważne, jeśli dobrze to rozumiem, to nie tylko, że oni są starymi znajomymi z liceum, to znaczy, że chodzili do tego samego liceum w tym samym roczniku, ale że się ze sobą kontaktowali potencjalnie. Czy neutrina kosmiczne z cząstkami ciemnej materii na samym początku mogły się kontaktować?

S.T.: To jest przedmiot też m.in. ostatnich moich badań, więc odpowiedź na to pytanie jest oczywiście: tak, mogły. Nie ma pewności, czy się kontaktowały, ale chodzi o to, że obecnie w kosmologii, czyli w obserwacji tego bardzo wczesnego wszechświata, mamy cały szereg zagadek, można powiedzieć. To jest bardzo fascynujący moment w kosmologii. Tak jak przy okazji powstawania mechaniki kwantowej ponad 100 lat temu mieliśmy cały szereg danych, które tak naprawdę mieliśmy problemy, żeby wyjaśnić, o co chodzi w tych atomach. W tym świecie pojawił się Niels Bohr, który potrafił przynajmniej wyłuskać z tych wszystkich danych jakieś najprostsze… taką esencję. To, co później teoretycy musieli się skupić na tym: że to trzeba wyjaśnić i będzie wszystko wiadomo. To utorowało drogę do powstania później, w latach 20., mechaniki kwantowej, jaką znamy. I wydaje mi się, że teraz właśnie mamy taki okres w kosmologii. Mamy cały szereg zagadek, które wydają się, że troszeczkę to są rysy na tym pięknym obrazku, który zbudowaliśmy, za który nawet przyznana została Nagroda Nobla niedawno. Tak zwany standardowy model kosmologiczny, który jest oczywiście dobrym modelem, bo jest przetestowany w bardzo wielu skalach i w wielu obserwacjach. Ale te najnowsze pokazują, że prawdopodobnie zaczyna on trochę pękać w szwach. Więc jedną z takich rzeczy jest właśnie…

K.G.: Tylko uzupełnijmy to, że jest niedokładny. To nie jest tak, że trzeba go wyrzucić do kosza, tylko raczej go poprawiamy, cyzelujemy. Prawdopodobnie.

S.T.: Dokładnie. W ogóle sam fakt, że to trzeba zrobić, nie jest w ogóle w żaden sposób, ja uważam, zaskoczeniem, dlatego że ten standardowy model kosmologii zakłada istnienie ciemnej materii, oczywiście, natomiast nic nie mówi o jej pochodzeniu. Więc prawdopodobnie tak czy inaczej trzeba go uzupełnić o coś, co nam powie, skąd się w ogóle ta ciemna materia wzięła. I tutaj oczywiście wkracza też fizyka cząstek do gry. Natomiast jedną z takich rzeczy… Możemy sobie wyobrazić – było o śmietanie, więc dajmy na to, że sernik. Sernik można robić na różne sposoby. Ja nie jestem ekspertem, muszę przyznać, ale jadłem, więc to wiem. Sernik można zrobić tak, że jest taki dosyć gładki, puszysty, albo można mieć takie wyczuwalne grudki sera w środku. W szczególności z materią we wczesnym wszechświecie jest tak samo: mogło być więcej takich większych grudek materii, skupisk – albo mogło być wszystko bardziej gładkie. Jeden z takich parametrów, którego się do tego używa, ma taką techniczną nazwę, parametr S8, który niedawno badaliśmy. I ten parametr wydawał się, że jesteśmy w stanie badać te skupiska materii, obserwując to mikrofalowe promieniowanie tła, o którym trochę wspominałem, ten relikt wczesnego wszechświata, ale również wykorzystując inne zjawisko, słabego soczewkowania grawitacyjnego (o którym mogę powiedzieć za chwilę) na późniejszym etapie ewolucji wszechświata. I wydawało nam się do niedawna, że te grudki, które obserwujemy we wczesnym wszechświecie, i te w późniejszym, nie są ze sobą spójne. To znaczy wydawało się, że jest więcej grudek we wczesnym wszechświecie, co się powinno przekładać na późniejszy etap, że też powinno być ich odpowiednio więcej, ale wydawało się, że w późniejszym etapie jest ich mniej. Więc to, co pokazaliśmy niedawno w jednej z naszych prac, to jest to, że jeżeli poza grawitacją neutrina i ciemna materia mogły oddziaływać we wczesnym wszechświecie, w tym okresie, gdy neutrin było bardzo, bardzo dużo, dużo więcej niż ciemnej materii, to te neutrina, które z tych grudek naturalnie sobie uciekały, bo swobodnie sobie podróżowały, poza faktem, że mogły ciągnąć grawitacyjnie te grudki i je rozpychać, to jeszcze mogły dodatkowo je rozpychać poprzez pchanie ciemnej materii w wyniku tych oddziaływań. Co zmniejszało, nazwijmy to, grudkowatość wczesnego wszechświata, i pozwala te obserwacje wczesnego i późnego wszechświata… stworzyć z tego spójny obraz, który się zgadza. Więc to jest jedna z tych rzeczy, nad którymi ostatnio pracowaliśmy i artykuł ukazał się w „Nature Astronomy”, tak że nawet był jakiś oddźwięk w środowisku naukowym. Oczywiście to jest tak, że nie ma jeszcze pewności, czy to jest to rozwiązanie. Powiem z takich ciekawostek, w ogóle jak ten artykuł wypuściliśmy ponad rok temu do tak zwanych archiwów… Mamy w fizyce cząstek elementarnych i w kosmologii, w tych dziedzinach pokrewnych, mamy tak zwane internetowe archiwa. Zawsze jest tak, że artykuł naukowy, gdy powstaje, jest najpierw tam wypuszczany, co jest publicznie dostępne, każdy może to zobaczyć. I czekamy na odzew kolegów, koleżanek ze środowiska – kto nam coś powie, czy jakieś będą uwagi. I dopiero po paru tygodniach takich uwag tego typu… Na ogół to są proste prośby o cytowanie, ale zdarzają się jakieś poważniejsze uwagi. Dopiero później wysyłamy to do recenzji w jakimś czasopiśmie i tam oczywiście to przechodzi rygorystyczny proces recenzji i tak dalej. Pierwotnie jest taka przedrecenzja, nazwijmy, środowiskowa, a później jest już rygorystyczna przez anonimowych recenzentów. I tak właśnie zrobiliśmy z tym artykułem na ten temat. I to oczywiście trwało i wysłaliśmy to później do recenzji.

K.G.: To tak trwa. Nawiasem mówiąc, tylko dodam, że to takie są mniej więcej przebiegi w artykułach.

S.T.: Oczywiście. I „Nature Astronomy” jeszcze ma to do siebie, że tam jest aż trzech recenzentów, więc każdy musi to przeczytać, przeanalizować i tak dalej. I w międzyczasie, jak oni to czytali, analizowali, pojawiły się nowe dane z innych obserwacji niż te, których my używaliśmy, które twierdzimy, że tej anomalii, którą chcemy rozwiązać, to już jej nie ma. Wtedy pomyśleliśmy: oho, to już jesteśmy ugotowani teraz. Udało nam się rozwiązać problem, który nie istnieje. Więc to oczywiście zostało zauważone przez recenzentów, którzy w pewnym sensie nam to wytknęli i prosili o wyjaśnienie i tak dalej. I dlatego cały proces recenzji trwał chyba z rok czasu, gdzie odpowiadaliśmy na te pytania i pokazywaliśmy, co tak naprawdę my sądzimy na ten temat i co jesteśmy w stanie powiedzieć. I ostatecznie recenzenci to zaakceptowali. Chodzi o to, że poza tą samą anomalią, która być może jest, a być może jej nie ma (tak naprawdę nie można też stwierdzić, że jej nie ma, na podstawie jednej nowej obserwacji, dlatego że jest cały szereg innych, które stwierdzają cały czas, że może istnieć), ale poza tym to tak naprawdę chodziło też o to w tym artykule, że wcześniej już z kolegami i koleżankami, w ciągu ostatnich lat, obserwowaliśmy, że neutrina i ciemna materia mogą ze sobą oddziaływać we wczesnym wszechświecie, mając widoczny wpływ na dane z mikrofalowego promieniowania tła. To było też wcześniej obserwowane przez inną grupę, jeszcze w innych danych kosmologicznych. I to wszystko było jakoś w miarę spójne. Więc to, co zrobiliśmy w ostatnim artykule, to użyliśmy jeszcze innego rodzaju danych, i pokazaliśmy, że dostajemy ten sam obraz. I to ostatecznie przekonało recenzentów – że mamy teraz już przynajmniej trzy zbiory danych, które pokazują podobny obraz. Przy czym nie jest to obraz na poziomie 5 sigma, czyli w języku fizyki mamy bardzo rygorystyczne podejście do odkryć. Musimy mieć pewność, że szansa, że coś przypadkowo się wydarzyło, jest niezmiernie mała. I właśnie używamy pojęć takich jak 5 sigma do tego.

K.G.: To ze statystyki – czy to po prostu nie jest jakiś szum, przypadek.

S.T.: Dokładnie. Więc obecnie to jest na poziomie około 3 sigma, więc nie można powiedzieć, że to jest na pewno odkrycie, natomiast recenzenci to zaakceptowali.

K.G.: No dobrze. To gdyby było tak faktycznie, że w tych początkach kosmiczne neutrina się kontaktowały z cząstkami ciemnej materii, a my możemy wytworzyć neutrina o podobnej czy takiej samej energii, jak te, które powstały… Takiej samej?

S.T.: Możemy, tak, bo możemy je wytwarzać na szeregu różnych energii, więc między innymi też takiej.

K.G.: Więc tworzymy sobie takie kopie tych pierwotnych neutrin. No to możemy je zaprząc do tego, żeby jakoś się z tą ciemną materią skontaktowały.

S.T.: Teoretycznie tak. Natomiast problemem jest to, że wczesny wszechświat był dużo mniejszy i tych neutrin było dużo, dużo więcej niż to, co jesteśmy my w stanie wytwarzać. I ciemnej materii też było więcej – w sensie na centymetr sześcienny, czyli gęstość jej.

K.G.: A tutaj jej teraz jest ile? W tym pokoju, 12 metrów kwadratowych?

S.T.: To jest tak: żeby powiedzieć ile, to musielibyśmy wiedzieć, jaka jest jej masa, prawda? Natomiast jeżeli by cząstka ciemnej materii miała masę zbliżoną do masy protonu, czyli jądra atomu wodoru, najprostszego jądra atomowego, to wtedy na centymetr sześcienny byłoby mniej więcej pół takiej cząstki, czyli jedna na dwa centymetry sześcienne. To musiałbym to przeliczyć szybko.

K.G.: Ale to trochę mało jak na świat cząstek elementarnych.

S.T.: No nie jest to dużo.

K.G.: Rzadziuchno.

S.T.: Jeżeli mówimy o stole na przykład, przy którym tutaj siedzimy, to to są wielkości rzędu, żeby się nie pomylić, ale powiedzmy pewnie miliony miliardów miliardów cząstek.

K.G.: Na centymetr sześcienny. A tu mówimy o połowie.

S.T.: Tak, czyli jedna na dwa. Jedna na dwa centymetry sześcienne. To są bardzo małe liczby. Dlatego wczesny wszechświat oferuje takie unikatowe okno, dlatego że było to wszystko gęściejsze, te oddziaływania były dużo łatwiejsze – przez to, że po prostu było więcej tych cząstek, zarówno neutrin, jak i ciemnej materii. Natomiast to nie znaczy, że nie jesteśmy w stanie obserwować efektów związanych z takimi oddziaływaniami dzisiaj. Dlatego że, tak jak mówiłem, jestem fizykiem teoretykiem, więc tak naprawdę ostatecznie żeby opisać takie oddziaływania, trzeba stworzyć jakiś model, jakąś teorię, która to może opisywać. I na ogół prawie zawsze takie teorie, które przewidują jakieś oddziaływania między ciemną materią a neutrinami, przewidują też inne efekty. I jesteśmy w stanie badać też inne efekty, np. w nietypowym zachowaniu neutrin, które jesteśmy w stanie wytwarzać przy wyższych energiach. Nawet jeżeli to nie jest związane bezpośrednio z oddziaływaniem ciemnej materii, to można zauważyć inne rzadkie, powiedzmy, zdarzenia z ich udziałem w detektorach. Więc to jesteśmy w stanie robić. Jeszcze może warto wspomnieć, że oddziaływanie ciemnej materii i neutrin to nie jest coś bardzo egzotycznego. Znakomita część modeli fizyki cząstek elementarnych, które jakoś opisują ciemną materię, przewiduje, że ta ciemna materia może oddziaływać z różnymi elementami znanej materii. Często są to tzw. bozony cechowania, Z na przykład, to są takie ciężkie cząstki, które pośredniczą w oddziaływaniach słabych. I jeżeli ma coś takiego miejsce, to wtedy też naturalnie może oddziaływać z neutrinami. Więc to nie jest tak, że oddziaływania ciemnej materii i neutrin to jest jakaś egzotyka totalna. Wiele modeli tak naprawdę przewiduje takie oddziaływania. Natomiast pytanie jest oczywiście o to, jak silne one mogą być w danym modelu. No i tutaj się pojawia wyzwanie.

K.G.: Jeszcze tak mi przyszło do głowy: skąd jest takie założenie, że ciemna materia to ma być jedna cząstka? A może tych cząstek jest bardzo dużo różnych rodzajów i jedna jest taka bardzo masywna, druga jest ekstremalnie lekka, trzecia taka, czwarta owaka. Ciągle się szuka cząstki ciemnej materii, przynajmniej tak słyszę. A może to nie jest dobre założenie?

S.T.: Ja myślę, że to jest absolutnie możliwe. To znaczy to jest tak, że patrząc na znaną nam materię, to ta „tablica Mendelejewa”, o której mówiłem, zawiera kilkadziesiąt obiektów, różnych cząstek. Więc można powiedzieć: dlaczego ciemna materia miałaby mieć tylko jedną, prawda? Natomiast gdy się przyjrzymy tej tablicy, to tak naprawdę znakomita większość tych cząstek, które tam istnieją, albo przynajmniej spora ich część, to są cząstki niestabilne, to znaczy cząstki, które możemy wytwarzać, ale one się dość szybko rozpadają, więc one absolutnie nie mogą istnieć w skali istnienia kosmosu. Więc to od razu zawęża. Nawet w zwykłej materii – chociaż ta tablica zawiera wiele elementów, to zwykła materia, z której jesteśmy zbudowani, tak naprawdę używa tylko części z nich, dlatego że pozostałe są niestabilne. W przypadku ciemnej materii absolutnie może tak być. Dopóki nie odkryjemy, czym tak naprawdę jest, to nie możemy powiedzieć, czy jest jedna, czy wiele i tak dalej. Nawet w tej pracy, o której wspominałem, dotyczącej oddziaływań ciemnej materii i neutrin, pokazujemy też taką rzecz, że jeżeli by było tak, że ciemna materia oddziałuje z neutrinami, ale tylko część, nie całość, być może właśnie jest bardziej skomplikowana, to wtedy da się osiągnąć ten sam efekt kosmologiczny, o którym mówimy w artykule, ale jednocześnie on jest zawężony tylko do pewnej wielkości grudek. Zbyt małe grudki, zbyt duże w zasadzie nie czują tego efektu wtedy, tylko pewna ich wielkość, wracając do sernika i tej analogii. I to tak naprawdę jest bardzo ciekawe, dlatego że pozwala wyjaśnić pewne problemy w kosmologii, związane właśnie z tą skalą wielkości grudek, a nie psuje nic w innych skalach, gdzie wszystko wydaje się działać troszeczkę lepiej. Więc absolutnie takie rzeczy rozważamy i to jest absolutnie możliwe. Jest też tak, że jak się wykonuje badanie nad ciemną materią, to czasem jest wygodnie założyć, że ciemna materia jest złożona tylko z tej jednej cząstki – jako takie założenie. I na ogół – niestety, tak jak mówiliśmy, nie mamy odkryć do tej pory, więc mamy ograniczenia – na ogół te ograniczenia jest dość łatwo przełożyć na język: a co by było, gdyby to było tylko 10% czy coś takiego. Więc to nie jest takie trudne.

K.G.: Ciemna materia oddziałowuje z naszą materią grawitacyjnie, ale rozumiem, że wzajemnie, to znaczy, że nasza materia i jej grawitacja też tę ciemną materię jakoś przyciąga. Tu Sebastian kiwa głową. Zastanawiam się, jak to wygląda, jeśli chodzi o rozkład ciemnej materii, bo tutaj powiedzieliśmy, jak to wygląda w naszym pokoju. A jak to wygląda w skali kosmologicznej, takiej dużej? Czy ona jest wszędzie równomierna? Czy jest zagęszczona wokół galaktyk? Czy to może ona zaczynała zagęszczać te galaktyki? Bo może są takie miejsca we wszechświecie, gdzie jest ona gęstsza, i jakoś można by nakierować nasze teleskopy i coś tam pośrednio dostrzec?

S.T.: Absolutnie, tak. To jest tak, że ciemna materia według naszej wiedzy pełni kluczową rolę – i pełniła kluczową rolę – w ewolucji galaktyk, w kształtowaniu się galaktyk i tak dalej. Są pewne, dzisiaj jeszcze obserwowane, nowe obserwacje, które sugerują pewne problemy w tym obrazku, ale cały szereg obserwacji kosmologicznych na przestrzeni miliardów lat, tak naprawdę… W sensie: my nie obserwujemy od miliardów lat, ale jak się obserwuje kosmos, to jest tak fajnie, że…

K.G.: Ten przed miliardów lat.

S.T.: Dokładnie. Obserwuje się rzeczy, które miały miejsce miliardy lat temu – przez to, że światło podróżuje ze skończoną prędkością do nas. Więc obserwując to, widzimy, że ciemna materia absolutnie odgrywała kluczową rolę w kształtowaniu się galaktyk i w formowaniu się tych struktur materii, które mamy, takie jak Droga Mleczna. I teraz rozkład ciemnej materii, tak jak dowolny rozkład cząstek, które oddziałują grawitacyjnie, oczywiście nie jest taki absolutnie jednorodny. Weźmy Drogę Mleczną, czyli naszą galaktykę, która ma jakiś rozmiar, i w przybliżeniu powiedzmy, że ma kształt krążka do hokeja. To nie jest dokładnie, ale powiedzmy, że w przybliżeniu. To nie jest tak, że ciemnej materii jest wszędzie w tym krążku tyle samo. Jest jej nieco więcej w środku, a mniej na obrzeżach. Tak dokładnie jak, to nie jesteśmy w stanie powiedzieć, ale jesteśmy w stanie częściowo to wydedukować, obserwując ruch gwiazd i ich prędkość w centrum naszej galaktyki i coraz dalej – i tak dalej. Jesteśmy w stanie częściowo powiedzieć, ile jest ciemnej materii w różnych miejscach, dlatego że to ciemna materia wytwarza tę grawitację w większości, która te gwiazdy przytrzymuje, żeby nie uciekły nam gdzieś w kosmos, tylko krążyły wokół centrum galaktyki.

K.G.: I jeszcze jest takie halo tak zwane wokół galaktyk, tej ciemnej materii.

S.T.: Dokładnie.

K.G.: Taki wielki balon. Duży, naprawdę duży. Jak widziałam na wizualizacjach, to jakoś dramatycznie większy od galaktyk.

S.T.: Absolutnie, dokładnie. Więc ten dysk, ten krążek hokejowy, o którym mówiłem, to jest widoczna materia, w której jest ciemna materia. Ale ciemna materia rozszerza się i tworzy taki balon, zarówno u góry, jak i u dołu – to halo, jak to się mówi, tej ciemnej materii wokół. I teraz nadal największa gęstość tych cząstek powinna być w centrum galaktyki. Więc jeżeli pytałaś o miejsce, które najlepiej obserwować, to jeżeli szukamy jakichś śladów ciemnej materii, powiedzmy, że w wyniku procesu jej anihilacji, czyli jeżeli mamy cząstkę ciemnej materii i antycząstkę ciemnej materii, one mogą się spotykać, anihilować, produkować promieniowanie, to najbardziej prawdopodobne jest, że to zajdzie w centrum naszej galaktyki. Albo w centrach innych galaktyk oczywiście, ale nasze centrum jest najbliżej.

K.G.: Ale jakie promieniowanie? Bo jak tak powiedziałeś, to sobie wyobraziłam błysk światła.

S.T.: Tak, dokładnie. To może być błysk światła, czyli fotony, kwanty światła.

K.G.: Nasze normalne fotony?

S.T.: Tak, absolutnie. Właśnie to jest tak, że nie ciemne. Ciemne też mogą powstać, jeśli istnieją oczywiście. Natomiast mogło powstać zwykłe promieniowanie, takie, które znamy. Mogą powstać inne cząstki modelu standardowego, które następnie wyprodukują promieniowanie. Więc to, co robimy, to staramy się obserwować centrum galaktyki, nakierowując ogromne teleskopy i szukając właśnie śladów takiego promieniowania – czy to fotonów, czy jakichś innych cząstek. Też mogą to być np. neutrina same, mogą być produkowane w takich właśnie oddziaływaniach ciemnej materii i anihilacjach. I dlaczego to jest tak istotne – można zadać takie pytanie. Po co w ogóle się tym zajmować?

K.G.: Po pięćdziesięciu minutach rozmowy i dekadach pracy.

S.T.: Poza, oczywiście, kwestią taką, że jakaś grupa osób chce mieć pracę. Ale czy musimy rozumieć naturę ciemnej materii, można powiedzieć, mikroskopową? Czy nie wystarczy, że widzimy, że oddziałuje grawitacyjnie?

K.G.: Jest i koniec, dobra, rozchodzimy się.

S.T.: Chcielibyśmy przede wszystkim zrozumieć, skąd się wzięła ciemna materia we wszechświecie. Żeby nie tylko był taki obrazek, że istnieje, gdzieś tam kiedyś coś się stało, że powstała, ale tak naprawdę nie wiemy dlaczego. I teraz oczywiście nie wiemy tak do końca, skąd się wzięła, natomiast jedna z takich dominujących, powiedzmy, teorii z tym związanych jest taka, że ona się wyłoniła z tej zupy pierwotnych cząstek w bardzo wczesnym wszechświecie. I żeby mogła to zrobić, to przynajmniej na tamtym etapie musiała wystarczająco silnie oddziaływać z tą zupą. Czyli mogła być wytwarzana w tej zupie, bardzo energetycznie. I później, jak już została wytworzona, to już umarł w butach. Już jest i nic nie zrobisz. Więc teraz te oddziaływania ciemnej materii w centrum galaktyki, które chcemy obserwować, ich anihilacje, to jest w pewnym sensie odwrotność tego procesu, który mógł zachodzić we wczesnym wszechświecie – który doprowadził do produkcji ciemnej materii. I dlatego tak ważne są te obserwacje, dlatego że być może, analizując to centrum galaktyki czy inne tego typu miejsca i szukając śladów tego promieniowania, będziemy mogli w końcu coś powiedzieć na temat tego, jak ona powstała. I już obecnie mamy narzędzia, które potrafią częściowo jakby analizować, dojść do takiej czułości, która jest w stanie wykluczyć niektóre z możliwości produkcji właśnie takiej ciemnej materii we wczesnym wszechświecie w tego typu procesach. Czyli mamy wystarczającą czułość na te obserwacje. Jeżeli to jest jasne, nie wiem, mogę to jeszcze…

K.G.: Tak, tak, tylko ja się zastanawiam, jak wyłuskać, które promieniowanie docierające do nas akurat miałoby pochodzić z anihilacji cząstek ciemnej materii. Czyli, powtarzając, w założeniu mamy sobie tę cząstkę ciemnej materii, antycząstkę, one się spotykają, anihilują, czyli znikają. Bardzo zawsze działa to na wyobraźnię dla mnie, jakież to jest dramatyczne. Byłam, spotykam anty-Karolinę i mnie nie ma, pozostaje po mnie tylko promieniowanie. Z centrum galaktyki, gdzie dużo przecież dociera różnych innych fotonów do nas. Skąd wiedzieć? Ja sobie wyobrażam taki tłum na koncercie – i wszyscy krzyczą. Gdzie ja mam usłyszeć, że akurat ten chłop w siódmym rzędzie odpowiada za ciemną materię?

S.T.: Jest kilka przynajmniej sposobów, w jakie to się może wydarzyć. Więc pierwsze pytanie jest takie, że te fotony, które obserwujemy, to one mają różną energię, czyli mówimy: długość fali światła, tak jakby. Tylko że to niekoniecznie światło widzialne, to mogą być inne energie tych fotonów. I teraz rozkład energii tych fotonów jest pierwszą taką rzeczą, która może nas informować na temat ciemnej materii. Jeżeli sobie wyobrazimy, że mamy cząstkę ciemnej materii i antycząstkę, które anihilują i produkują parę fotonów po prostu, czyli światło, to te fotony wówczas mają bardzo ściśle określoną energię. Nie ma jakiejś dowolności, tylko jest bardzo ściśle określona. Wtedy jest tak, że obserwujemy takie centrum galaktyki, widzimy fotony w bardzo wielu energiach, produkowane właśnie w zwykłych procesach astrofizycznych i innych zjawiskach. I nagle możemy widzieć jakiś wysoki skok ilości fotonów w jakimś bardzo małym okienku energetycznym. I to by nam mogło powiedzieć, że tutaj zachodzi jakieś zjawisko, które wykracza poza zwykłą astrofizykę. I prawdopodobnie jest to związane z właśnie anihilacją ciemnej materii. To jest jedna z możliwości. Inna możliwość jest też taka, że…

K.G.: Szukam ciągle metafor, ale wyobrażam sobie na przykład: no to krzyczy ten tłum, a chłop w siódmym rzędzie na przykład piszczy. I to jest dziwne.

S.T.: O, może być. Dokładnie. Na jakimś określonym dźwięku, prawda? Albo coś konkretnego krzyczy, co nie pasuje do kontekstu, że tak powiem. I wtedy widzimy: tu jest trochę coś dziwnego. Inna sprawa jest taka, że – wracając do tej analogii koncertu – możemy zobaczyć rozkład tych osób, które krzyczą, przestrzenny po prostu, gdzie są. Więc powiedzmy, że zwykłe osoby powinny się skupić wokół sceny, bo tam jest najciekawiej, prawda? Jeżeli widzimy dużo osób, które stoją gdzieś daleko i pokrzykują gdzieś tam daleko, trochę w odosobnieniu, to to już też jest pewna przesłanka, że…

K.G.: Mają inną naturę.

S.T.: Dokładnie. Więc analiza, skąd pochodzą te sygnały wokół centrum galaktyki, też nam jest w stanie powiedzieć dużo na temat możliwości. Dlatego że – tak jak mówiliśmy – analizując te ruchy gwiazd i tak dalej, możemy wydedukować coś na temat rozkładu ciemnej materii. Który jest inny niż rozkład zwykłej materii, która jest skupiona w dysku galaktycznym.

K.G.: A w tej skali kosmologicznej, czyli patrząc w miarę możliwości na cały wszechświat, to rozkład ciemnej materii wyglądałby jak według naszych obserwacji? Takie pojedyncze bąble, właśnie halo, gdzieś tam sobie fruwające w próżni, otaczające galaktyki? Czy bardziej pewnego rodzaju sieć, zagęszczenia, rusztowanie? Słyszałam takie porównanie: że to rusztowanie jest całego wszechświata.

S.T.: Dokładnie tak jest. To znaczy w skali dużych obserwacji… Nawet ostatnio był artykuł inny w „Nature Astronomy”, który właśnie taką mapę wszechświata dzięki obserwacjom teleskopu Webba stworzył. Całego, mapę ciemnej materii. I ona właśnie w wielkich skalach wygląda w ten sposób, że to jest takie rusztowanie, taka, mówimy, kosmiczna sieć, można powiedzieć. Są takie miejsca, gdzie mamy ściany ciemnej materii, gdzie jest jej stosunkowo dużo, i pomiędzy nimi są takie bąble. Można sobie pomyśleć jak o… Ja nie jestem pszczelarzem, ale wydaje mi się, że jak ul może wyglądać. Zawsze tak na filmach jest pokazane.

K.G.: Piotr Kosek na Astrofazie mówił o tym, że to jest trochę jak sieć pajęcza, na której czasami się skraplają jakieś kropelki.

S.T.: No, dokładnie.

K.G.: Coś takiego?

S.T.: O, dokładnie. Myślę, że to jest całkiem niezła analogia. I powiedzmy, że te kropelki to są widoczne galaktyki, to, co jesteśmy w stanie zobaczyć, które powstają gdzieś na tej sieci, którą uplotła ciemna materia w skali kosmosu. I te niedawne obserwacje, zresztą właśnie z teleskopu Jamesa Webba, pokazują, że to wszystko działa fajnie. To, co nam się wydaje na temat tego, jak ciemna materia buduje tę sieć i jak pomaga w tworzeniu galaktyk – że to z grubsza się zgadza z tym, co się obserwuje i z naszymi przewidywaniami z tego tak zwanego standardowego modelu kosmologicznego. Więc na tym poziomie wydaje się, że wszystko jest super. Poza oczywiście faktem, że dalej nie wiemy, skąd się wzięła cię ta materia. Ale przynajmniej rozumiemy jej wpływ.

K.G.: Krok po kroczku.

S.T.: Dokładnie. Natomiast z takich ciekawostek: ten sam teleskop Jamesa Webba ma też inne obserwacje, które sięgają dalej w głąb kosmosu, czyli bliżej Wielkiego Wybuchu. Nie tak blisko jak mikrofalowe promieniowanie tła, ale nieco bliżej, powiedzmy na okres kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Co oczywiście się wydaje skalą kosmiczną, ale jeżeli wszechświat ma obecnie niecałe 14 miliardów lat, no to kilkaset milionów to jest wczesny wszechświat, okres dziecięcy, przedszkolny czy coś takiego. I w tym okresie mamy ten właśnie teleskop Jamesa Webba, świetne narzędzie, które obserwuje ten bardzo wczesny wszechświat, między innymi. I w ostatnich, można powiedzieć, dwóch, trzech latach dokonał bardzo fajnych, być może przełomowych obserwacji. Więc po pierwsze, zauważyliśmy tam istnienie dużych galaktyk w tym bardzo wczesnym wszechświecie, co się wydawało do tej pory niemożliwe, biorąc pod uwagę to, jak ciemna materia powinna pomagać w tworzeniu się tych galaktyk. Więc to jest taki… Nie mamy do tej pory pewności jeszcze, czy to jest związane z naturą ciemnej materii, czy też może związane jest z tym, jak gwiazdy się efektywnie wytwarzały w tych galaktykach, więc one nam się mogą wydawać jaśniejsze i przez to większe, niż tak naprawdę są. Natomiast jest to jedna z tych rys na szkle, o których mówiłem, standardowego pojęcia. Która nie sprawia, że wyrzucimy model standardowy kosmologii do kosza, ale być może mówi nam coś na temat ciemnej materii, daje jakieś wskazówki, których jeszcze nie potrafimy zrozumieć. Inna sprawa jest, że zaobserwowano tam też tak zwane… to się nazywa po angielsku: little red dots, czyli małe czerwone kropki, które na początku nie było wiadomo, czym są. Natomiast teraz wydaje się, że rozumiemy, że to są kwazary, czyli to są takie potężne, supermasywne czarne dziury, które emitują wielkie ilości promieniowania. I znowu…

K.G.: Materia wokół nich emituje, żeby nie było że my mówimy, że czarna dziura, a coś z niej wychodzi.

S.T.: Tak, oczywiście.

K.G.: Opada na nią materia.

S.T.: Czarna dziura, mówimy, ściąga materię, zagęszcza i podgrzewa do tego stopnia, że ta materia zaczyna emitować potężne promieniowanie. Więc część spada do czarnej dziury, a część jest wystrzeliwana w postaci takich dżetów. I teraz znowu wydaje się, że tak wielkie czarne dziury, dodatkowo niezwiązane z istnieniem jakichś wielkich galaktyk wokół nich, nie miały prawa powstać na tym wczesnym etapie istnienia Wszechświata. Więc to jest znowu jakiś…

K.G.: Według tego modelu standardowego, więc coś trzeba poprawić.

S.T.: Tak, więc znowu to jest jakiś przyczynek do rozważania, czy dobrze rozumiemy model ewolucji bardzo wczesnych galaktyk związany z ciemną materią. Więc mamy nadzieję, że to są wskazówki, które nam pomogą w zrozumieniu tego, jak działała ciemna materia już na tym wczesnym etapie – i przez to coś na temat ich natury.

K.G.: A jak wygląda katalog kandydatek na cząstki ciemnej materii? Czy jeszcze w grze są aksjony, WIMP-y? Czy to już zostało porzucone? Tu wymieniam takie cząstki, które wcześniej były właśnie badane; cząstki potencjalne, postulowane. Słyszałam z kolei, że prof. Krzysztof Meissner, też bardzo znany w Polsce fizyk z UW, jest zaangażowany w badanie grawitin, to są takie bardzo ciężkie, naładowane, co ważne, cząstki. Wymieniam to, ale ciebie pytam przede wszystkim właśnie: jakie są te trendujące kandydatki na ciemną materię?

• S.T.: Ja bym chciał się tak troszeczkę wywinąć z tego pytania. Chodzi o to, że mi się zdaje, że przez kilka dekad rzeczywiście mieliśmy jakichś takich dominujących kandydatów, takiego właśnie te WIMP-y, o których wspomniałaś, czy też aksjony. Natomiast one oczywiście dalej są w grze. To nie jest tak, że już przestały być i są nieobecne i wykluczone. To nie jest tak. Natomiast wydaje mi się, że brak tych obserwacji powinien skłonić nas do pewnej zmiany paradygmatu w myśleniu na temat poszukiwań ciemnej materii. Chodzi o to, żeby w mniejszym stopniu myśleć o cząstkach kandydatach, które z jakichś teoretycznych rozważań nam wychodzą, żeby mogły być dobre i tak dalej.

K.G.: Że byłyby dobrym puzzelkiem, że spełniają warunki.

S.T.: Dokładnie. A w większym jednak stopniu, uważam, powinniśmy się opierać na danych. W ten sposób się to robiło w mechanice kwantowej czy nawet w modelu standardowym oddziaływań elementarnych – ta tablica Mendelejewa, o której wspominałem. To właśnie tak było, że mieliśmy cały szereg danych i później próbowaliśmy je interpretować. Dzisiaj niestety troszeczkę czasem sytuacja jest odwrócona. Mamy dużo osób, które myślą o tym, jak zinterpretować dane, których nie ma.

K.G.: Ale nie było tak z bozonem Higgsa – że właśnie pasował nam i szukaliśmy danych, które potwierdzą jego istnienie?

S.T.: Akurat z bozonem Higgsa do pewnego stopnia tak było, to prawda. Natomiast w wielu innych aspektach, w wielu innych obszarach, nazwijmy to, w których dokonywaliśmy największych przełomów, można powiedzieć, że tak nie było. Z bozonem Higgsa też bym się nie zgodził o tyle, że mieliśmy całą już piramidę modelu standardowego zbudowaną – i widzieliśmy, że tej cegiełki brakuje. Natomiast ta piramida była zbudowana na szeregu wcześniejszych obserwacji. I po prostu widzieliśmy, że okej, żeby to było spójne, to tutaj tego elementu brakuje. W przypadku ciemnej materii jest dużo więcej niewiadomych jednak, ja bym powiedział. I dlatego wspominałem też o tych obserwacjach Jamesa Webba, i też jest szereg innych anomalii. Ja uważam, że powinniśmy w większym stopniu, zamiast mówić o jakichś kandydatach – że ten czy tamten jest nasz ulubiony z punktu widzenia teorii – powinniśmy jednak w większym stopniu pomyśleć o tym, co te dane nam mówią na ten temat i co to może powiedzieć na temat tak naprawdę natury ciemnej materii. Nawet jeśli, oczywiście, ostatecznie musimy zbudować teorię, musimy zbudować spójne modele, ale ja bym powiedział, że wychodząc najpierw od danych. Więc ja bym powiedział, że zamiast mówić, jacy są trendujący kandydaci, ja bym powiedział, jakie są trendujące obserwacje. Więc ja bym powiedział: w szczególności kosmologia dzisiaj to jest to miejsce, gdzie… Ostatecznie ciemna materia to jest fenomen, który obserwujemy z nieba. Więc szukamy śladów na Ziemi, ale może niebo nam mówi więcej, niż nam się wydaje.

K.G.: Dosłownie dzień przed naszym nagraniem wpadła mi w oko notka, że międzynarodowy zespół naukowców z prof. Szymonem Pustelnym z UJ opublikował w „Nature” (Polacy mocno, jeśli chodzi o kwestie ciemnej materii) wyniki poszukiwań ciemnej materii. Nie zostały znalezione, ale wykazali oni w tym artykule, że w laboratorium na Ziemi można dokonać jej pomiarów nawet 40 razy dokładniejszych niż astronomiczne. I może nie tyle mi chodzi o to, żebyśmy omawiali teraz tę pracę, ale chciałam ją odnotować w tej rozmowie… Chyba że chcesz. Natomiast to mnie skłania do takiego pytania, na ile to się wszystko łączy. Bo mówiliśmy o tym, że z jednej strony przyglądamy się na tym poziomie najmniejszym z możliwych, a z drugiej – na największym z możliwych. I czy to wszystko jakoś jest spójne? Czy to jest trochę tak, że może każdy zespół rzepkę sobie skrobie i skupia się na swoim poletku? Czy jednak jakoś patrzycie na to globalnie? Czy to właśnie trzyma się, mówiąc brzydko, kupy – razem, z tych dwóch perspektyw?

S.T.: Ja myślę, że jeżeli chodzi o mnie, to ja jestem właśnie takim teoretykiem w dziedzinie, o której mówi się, że jestem fenomenologiem. Czyli jestem tak na pograniczu eksperymentu i teorii. Czyli teoretycy wszystko rozumieją, a – powiedzmy – nie wiedzą, jak rzeczy działają. Eksperymentaliści wiedzą, jak rzeczy działają, ale może nie rozumieją wszystkiego aż tak dobrze. Fenomenolodzy ani nic nie wiedzą, ani nic nie rozumieją.

K.G.: To jak dziennikarze. High five! [śmiech]

S.T.: No dokładnie. To znaczy nie… [śmiech]

K.G.: Ale oczywiście, że tak.

S.T.: W każdym razie sprawa ma się tak, że my absolutnie bierzemy pod uwagę obserwacje z całego zakresu: i długości istnienia wszechświata, i skal energii, które są dostępne – co jest tak naprawdę ze sobą powiązane. Więc teraz zależnie od tego, jaki konkretnie rodzaj teorii się bada, to ona może nam dawać silniejsze przesłanki gdzieś w jakimś obszarze, a mniejsze w innym. Natomiast tak naprawdę, jeżeli chodzi o fenomenologię szczególnie, tak jak mówię: jeżeli ja piszę jakiś artykuł i proponuję, powiedzmy, oddziaływanie ciemnej teorii z neutrinami, i później je ilustruję, mówię: to może być teoria, która to wyjaśnia, to ja, nawet w tych artykułach, o których mówiłem, konkretnie braliśmy tam pod uwagę zarówno te obserwacje kosmologiczne, które dla nas były kluczowe, ale też inne rzeczy, takie jak na przykład obserwacje z eksperymentów akceleratorowych na Ziemi, dotyczące własności neutrin i tego typu spraw. To są naczynia powiązane ze sobą. Nie w każdej teorii wszystkie te elementy są obecne. Natomiast jeżeli chodzi tutaj o pracę profesora Pustelnego, to myślę, że to jest bardzo… Nie zajmuję się od strony takiej technicznej, ale wydaje mi się, że to jest świetne osiągnięcie technologiczne, jeżeli chodzi o czułość – że jesteśmy w stanie pokazać, że te sensory tak dobrze działają. Pod kątem ciemnej materii jest to taki troszkę może egzotyczny efekt związany z topologicznym defektem. Jakbyśmy sobie wyobrazili robotników, którzy – ostatnio robiłem remont łazienki, więc jestem w temacie – układają kafelki na jakimś wielkim placu, ale powiedzmy, że plac jest tak wielki…

K.G.: Jak im poszło?

S.T.: Poszło im nieźle, ale to nie był taki wielki plac. Więc plac jest tak wielki, że oni się nawet nie widzą za bardzo, jak zaczynają. Zaczynają tam układać i coraz większe są te obszary, aż w końcu się spotkają na pewnym etapie, prawda? I wtedy najprawdopodobniej wybuchnie wielka awantura, że się nie zgadza wszystko.

K.G.: Kto to panu tak…

S.T.: Dokładnie. No i następuje wielkie sztukowanie na połączeniu i…

K.G.: Grubsza fuga wchodzi.

S.T.: Dokładnie. Taki szew, można powiedzieć, przez cały ten plac idzie – tego połączenia. No i to są właśnie takie efekty topologiczne, które mogą istnieć w przypadku ciemnej materii w niektórych scenariuszach, które badano, szukano ich. Nie udało się tego znaleźć, ale w każdym razie uważam, że technologicznie jest to świetne osiągnięcie, jeżeli chodzi o możliwości eksperymentalne.

K.G.: Chciałabym, żebyśmy na chwilę porozmawiali jeszcze o takim wyobrażeniu ciemnej materii, które gdzieś tam chyba wcześniej dla naukowców też było kuszące, ale myślę, że dla nas, publiczności, może być do tej pory: a może jest tak, że są jakieś zwarte obiekty z ciemnej materii? Może planety? No nie powiem, że kosmici, ale trochę powiedziałam. Chodzi mi o to, czy jest realne potencjalnie, że ciemna materia może budować właśnie zwarte obiekty. Własne galaktyki może? A może własne gwiazdy, gdzieś tam może przenikające też naszą galaktykę? Czy to może być ten alternatywny świat?

S.T.: Myślę, że tak, że jeżeli chodzi o jakieś, nazwijmy to, ciemne gwiazdy, jeżeli to tak można nazwać w ogóle, to taka możliwość teoretycznie jest rozważana w niektórych scenariuszach, w niektórych teoriach. To, o czym na ogół myślimy, z uwagi na to rusztowanie ciemnej materii, o którym mówiliśmy, które rozpina tę pajęczynę, po której te kropelki widocznej materii wędrują. To, co na ogół myślimy w takich sytuacjach, to jest to, że szukamy jednak tej ciemnej materii w postaci takich drobnych cząstek, które są rozproszone i pomagają tworzyć tę pajęczynę na wielkich przestrzeniach, połaciach terenu, tak, żeby ta widoczna materia mogła w nich zaistnieć. Fakt jest też taki, że gdyby ciemna materia, powiedzmy, mogła tworzyć własne galaktyki i tak dalej, prawdopodobnie oddziaływałaby ze sobą dosyć silnie. Natomiast mamy ograniczenia też na to. Więc mamy ograniczenie na to, jak silnie ciemna materia może sama ze sobą oddziaływać.

K.G.: A co to znaczy, że mamy ograniczenie?

S.T.: Jest taki znany przykład Gromady Pocisk. To są takie gromady galaktyk, które się zderzyły. I jesteśmy w stanie obserwować efekty tego zderzenia. To znaczy zderzyły… Wiadomo, że gromada galaktyk to jest jak właśnie takie ciasto, dajmy na to: ten sernik znowu. I rodzynki ma w sobie, więc rodzynki to będą gwiazdy. Więc jak zderzamy dwa serniki, to to, co się głównie zderzy, to jest ta masa, prawda? Te rodzynki może czasem trafią w siebie, ale może nie nawet, jeżeli nie ma ich za dużo. Więc to, co obserwujemy w przypadku na przykład tej właśnie Gromady Pocisk (ale też mamy inne takie układy), to widzimy, że w wyniku zderzenia tych obiektów gwiazdy przeleciały w miarę swobodnie przez siebie, ponieważ są na tyle rzadkie, że jest bardzo mała szansa, że akurat trafią w siebie czy przelecą blisko. Natomiast gaz, który wypełniał je, zderzył się jak właśnie ta masa tego sernika. I rzeczywiście w ten sposób gwiazdy oddzieliły się od tego gazu, o którym wiemy, swoją drogą, że on stanowi większą część widocznej masy tych galaktyk. Więc tego typu układy są znakomite do badania ciemnej materii. Dlaczego? Dlatego że jeżeli by tak było, że ciemnej materii w ogóle nie ma, to wtedy by tak było, że wiemy, że większa część masy tych gromad jest w tym gazie, więc obserwując, gdzie ta masa jest ukryta poprzez zjawisko tzw. soczewkowania grawitacyjnego, jesteśmy w stanie powiedzieć: okej, czyli widać, że tutaj jest teraz… oddzieliliśmy gwiazdy od reszty, widzimy, że masa była skupiona rzeczywiście tu, a nie w tych gwiazdach, i wszystko się fajnie zgadza. No i problem jest tylko taki, że jak się obserwuje to i analizujemy, gdzie tak naprawdę jest najwięcej masy – poprzez zaginanie światła obiektów, które są z tyłu – to widzimy, że ta większa część masy jest wcale nie w tym gazie, gdzie powinna być, tylko jest tam, gdzie są te gwiazdy. Przy czym wiemy, że gwiazdy nie mogą być za to odpowiedzialne, bo jest ich za mało i to nie jest tak, że to mogą być jakieś widoczne efekty z tego, więc to musi być ciemna materia. Ale przy okazji nam to mówi też to, że te dwie chmury ciemnej materii podczas tego zderzenia przeleciały przez siebie też tak jak te gwiazdy, w miarę nie czując się. Więc wiemy, że oddziaływanie tych obiektów, tych cząstek nie może być zbyt duże.

K.G.: Czyli one wzajemnie się nie przyciągają tak mocno, żeby tworzyć bardziej zwarte obiekty.

S.T.: Tak, żeby tworzyć takie zwarte struktury. Więc myślę, że ta ewentualność jest trudniejsza w realizacji. Jeżeli chodzi o ciemne gwiazdy, nazwijmy to… Jest jeszcze inny efekt – taki, że widoczne gwiazdy, te, które znamy, mogą i kumulują zresztą w sobie ciemną materię. I mogą być widoczne efekty tego. Ludzie nawet myśleli na temat możliwości odkrycia ciemnej materii w taki sposób, że się obserwuje bardzo egzotyczne obiekty, tak zwane gwiazdy neutronowe, złożone głównie z neutronów.

K.G.: To są wariaty.

S.T.: Dokładnie. To są małe obiekty.

K.G.: Mały, ale wariat. [śmiech]

S.T.: No, no. Ale chodzi o to, że o masie Słońca, ale skupiony, dajmy na to, w obszarze dwudziestu, powiedzmy, kilometrów średnicy, czy coś takiego. Więc to jest bardzo, bardzo gęsty obiekt, który często też bardzo wiruje szybko i tak dalej. I one mają bardzo silne przyciąganie grawitacyjne, więc jeżeli jest ciemna materia wokół, to one mają tendencję do skupiania jej w sobie. I ta ciemna materia wewnątrz takiej gwiazdy neutronowej oddziałuje, jest ściągnięta tam w dół.

K.G.: I ona się tam jeszcze mieści?

S.T.: Jeżeli jest jej zbyt dużo, to może się przestać mieścić w takim sensie, że może dojść do kolapsu jej, do utworzenia czarnej dziury. I może pochłonąć tę całą gwiazdę, która może w ten sposób zniknąć. W innych scenariuszach jest tak, że nie uzbiera się jej aż tak dużo, żeby doszło do powstania czarnej dziury, ale w wyniku jej zbierania i ściągania ona tam oddziałuje i może podgrzewać gwiazdę od środka.

K.G.: Ale to było obserwowalne czy to jest postulowane?

S.T.: Jeszcze nie możemy tego obserwować, bo nie mamy takich możliwości technicznych, niestety, dlatego że to wymaga obserwacji bardzo starych i dosyć chłodnych gwiazd neutronowych. Mamy teorię, która mówi, jak ich temperatura spada w czasie. I jeżeli są wystarczająco stare, ale zaobserwujemy, że ich temperatura nie spada w czasie tak, jak powinna spadać, to mogłaby to być przesłanka do tego, że istnieje jakiś inny mechanizm, który je ogrzewa od środka – i w szczególności mógłby być związany z ciemną materią. Więc ludzie pokazywali, że takie obserwacje mogłyby znacząco posunąć naszą wiedzę na temat oddziaływania ciemnej materii, dlatego że to są bardzo ekstremalne obiekty i bardzo silnie przyciągają ciemną materię. Ale – tak jak mówię – technicznie jeszcze nie jesteśmy w stanie takich gwiazd neutronowych po prostu obserwować. Nie mamy takich możliwości. Natomiast jest to do rozważenia.

K.G.: To jest kusząca naprawdę wizja. Natomiast, jeśli dobrze pamiętam, to taka koncepcja, że ciemna materia może być zwartymi obiektami, była badana przez OGLE, prawda? Polski zespół astronomów.

S.T.: Tak, więc takie mniejsze obiekty, nawet one miały wdzięczną nazwę: MACHO. To było badane i niestety nie udało się znaleźć ciemnej materii w postaci takich obiektów. Więc takie mniejsze obiekty zwarte – nie takie jak całe galaktyki, ale takie mniejsze – to jest możliwość. Nawet istnieje do dzisiaj możliwość taka, że ciemna materia może istnieć w postaci tak zwanych pierwotnych czarnych dziur, czyli czarnych dziur, które wytworzyły się gdzieś tam w bardzo wczesnym wszechświecie i istnieją jako takie, mówimy, nagie czarne dziury w fizyce, czyli niezwiązane z jakąś galaktyką wokół nich. Małe obiekty mogą to być – stosunkowo, w skali kosmosu oczywiście. I takie czarne dziury teoretycznie mogłyby być ciemną materią. Przy czym jest tak, że jeżeli mamy ciemną materię, która nie jest swobodną zupą cząstek, tylko właśnie takimi zwartymi obiektami, to może dochodzić do tego zjawiska soczewkowania grawitacyjnego. Czyli mamy taką sytuację, w której mamy daleki obiekt, który świeci, i to światło dochodzi do nas. Natomiast jeżeli taka chmura ciemnej materii, jakiś zwarty obiekt, przejdzie gdzieś pomiędzy nami a tym obiektem, to ona wpływa na ruch światła. To jest efekt, który przewidział Einstein w ogólnej teorii względności. I możemy wtedy widzieć, przynajmniej przejściowo, zmianę na przykład kształtu tego obiektu, który obserwujemy, tego świecącego.

K.G.: Bo ta masa zakrzywia czasoprzestrzeń – wymądrzę się trochę – więc ten foton musi się trochę skręcić i dochodzi do nas widocznie inny, niż w prostej linii jakby leciał.

S.T.: Dokładnie. To jest to, co było też badane w projekcie OGLE. I są ograniczenia silne na taką ciemną materię. Nie jest to całkowicie wykluczone w przypadku tych pierwotnych czarnych dziur, ale okienko się zawęża, że tak powiem, do takich obserwacji.

K.G.: Na koniec pytania od patronów. Pan Grzegorz z pytaniem, które myślę, że kołacze się w głowie wielu z nas. Czy ciemną energię i ciemną materię można interpretować jako zwykłe dodanie zmiennych do równań, żeby wszystko się zgadzało? Czy możliwe jest, że inna, lepsza teoria z innymi wzorami mogłaby pozbyć się tajemniczych wielkości fizycznych?

S.T.: Tak, myślę, że to jest…

K.G.: Stare pytanie, nie?

S.T.: Tak, oczywiście absolutnie je sobie zadajemy. I to jest tak, że ja bym zaczął od tego, że nasze postulowane istnienie ciemnej materii i też ciemnej energii jest oczywiście związane z tym, że mamy jakąś teorię, która opisuje dość dobrze nasze obserwacje, natomiast następnie dokonaliśmy kolejnych obserwacji i okazało się, że to już nie działa dobrze. I dlatego w pewnym sensie tak, musimy tę teorię uzupełnić o dodatkowe składniki. Natomiast kwestia jest taka, że ciemna materia to jest taka bardzo pojemna rzecz, że tak powiem. Ludzie próbują też alternatywnych, oczywiście, rzeczy, takich jak na przykład zmodyfikowanie siły grawitacji, żeby działała troszkę inaczej w skalach kosmologicznych. Natomiast typowo, żeby wytłumaczyć cały szereg obserwacji, które mamy, dotyczący tego, co nazywamy ciemną materią, to nawet w tych pomysłach trzeba obecnie dzisiaj wprowadzać dodatkowe, nazwijmy to, pola fizyczne, które – jak skwantujemy tę teorię, jak stworzymy odpowiednią teorię mikroświata – doprowadzą do powstania nowych cząstek. Więc tak czy inaczej nie jesteśmy w stanie uniknąć rozszerzenia tej wiedzy, którą mamy na temat mikroświata i tych najmniejszych składników materii, próbując wyjaśnić to. I ciemna materia wydaje się obecnie najprostszym paradoksalnie rozwiązaniem. Ja wiem, że to się wydaje: szukamy, szukamy, nie mogliśmy znaleźć, więc jak to może być najprostsze? Ale w pewnym sensie chodzi o to, że to jest minimalne rozwiązanie, które pozwala wyjaśnić cały szereg różnych obserwacji w sposób spójny – z tym brakującym ogniwem, że szukamy sygnału.

K.G.: Pan Gustaw jeszcze w kontekście też soczewkowania grawitacyjnego. Bo mówiliśmy o tym, że OGLE przez 15 lat, jeśli dobrze pamiętam, szukało i nie znalazło – co jest wynikiem, żeby było jasne – szukało takich bardziej zwartych obiektów. Natomiast mikrosoczewkowanie dalej jest wykorzystywane do tego, żeby gdzieś tam dostrzegać ślady ciemnej materii, tylko bardziej rozproszonej. No więc właśnie. Pan Gustaw pyta: „W kontekście słabego soczewkowania grawitacyjnego oraz analizy danych. Przy nadchodzących ogromnych zbiorach danych z misji Euclid i Obserwatorium Very Rubin, co może być większym wyzwaniem: sama skala danych czy raczej wiarygodne wydobycie bardzo słabego sygnału fizycznego (jako że samo zjawisko opiera się na bardzo subtelnych zniekształceniach)?” To trochę jak ten chłop, co krzyczy na koncercie.

S.T.: Ja bym powiedział, że oczywiście ilość danych jest do pewnego stopnia wyzwaniem, natomiast im więcej danych, tym lepiej. Jesteśmy w stanie to zaabsorbować. Szczególnie w przypadku obserwacji związanych ze słabym soczewkowaniem grawitacyjnym, które nas interesowało. To była obserwacja zjawiska, które się nazywa cosmic shear, to jest rozpraszanie światła na wielkich strukturach we wszechświecie, na tej pajęczynie ciemnej materii. Dlatego potrzebujemy wielkich ilości danych, żeby analizować statystyczne korelacje. Więc to jest bardzo dobrze – i jesteśmy w stanie to obrobić. Natomiast problemem jest właśnie jednak to wyłuskanie informacji, które nas interesują. Szczególnie chodzi o to, że jeżeli badamy galaktyki, to one zaczynały się od jakichś skupisk materii we wczesnym wszechświecie i później ewoluowały przez kolejne miliardy lat. I nas interesuje najbardziej ten etap wczesnego wszechświata, gdy to skupisko zaczęło powstawać. Natomiast problemem jest to, że to skupisko powstawało wtedy, natomiast później jeszcze miały inne rzeczy na nie wpływ przez kolejne miliardy lat. Szczególnie inne obiekty wokół i tak dalej. I my to w fizyce nazywamy efektami nieliniowymi. I jeżeli chcemy badać kosmiczny wpływ na tworzenie się takich struktur jak te mniejsze galaktyki, to tutaj się pojawia ten problem, żeby te efekty nieliniowe dobrze zrozumieć i jakby wyłuskać efekt wczesnego wszechświata od tego, co się wydarzyło później. To jest największy problem. Nawet nie sama ilość danych, ale to oddzielenie tych dwóch efektów.

K.G.: I na koniec pan Mark. „Gdyby na przykład jutro faktycznie neutrina potwierdziły na 100% istnienie ciemnej materii (tu nawias ode mnie: albo jakoś inaczej zostałoby to potwierdzone), to co by to realnie zmieniło w fizyce? Jedną teorię czy całe nasze myślenie o wszechświecie? Trzeba będzie pisać podręczniki od nowa?”.

S.T.: To jest świetne pytanie. To jest tak, że podręczniki, które mamy…

K.G.: Przepraszam, bo dopiero doczytałam postscriptum. [śmiech] „Ciekawe, czy wtedy mógłbym zawnioskować o anulowanie dwójki z fizyki w siódmej klasie”.

S.T.: [śmiech] No właśnie. Te podręczniki, które mamy i których używamy w szkole – nie wiem, czy w ogóle jest mowa o ciemnej materii, więc one by były okej. Niestety. Tak że dwójka by została. Natomiast jeżeli chodzi o samą fizykę, to byłby to absolutny przełom. W sensie: zrozumielibyśmy, dostalibyśmy przynajmniej wskazówki na temat tego, jak zbudować teorię. Wtedy by się zaczęła cała praca teoretyków, żeby zinterpretować te dane. Że teraz już wiemy, że te oddziaływania istnieją, mają taką siłę w takim momencie wszechświata – to jak zbudować teorię, która będzie matematycznie spójna i nie będzie wykluczona przez nic innego, i wyjaśni to zjawisko? Więc to – jeżeli chodzi o podręczniki może nie szkolne, ale uniwersyteckie, dotyczące tych zjawisk – to absolutnie to byłoby przepisanie. Obecnie, jak mówimy o ciemnej materii, mówimy o zjawisku, które ma jakiś wpływ grawitacyjny na wszechświat. Wtedy musielibyśmy dopisać cały nowy tom do takiej książki na temat innych oddziaływań. I prawdopodobnie, mam nadzieję, że dowiedzielibyśmy też wreszcie, skąd się wzięła we wczesnym wszechświecie.

K.G.: To może jest nieeleganckie pytanie, ale czy jakoś masz pomysł, kiedy może ten przełom nadejść?

S.T.: Cokolwiek powiem, to będę później rozliczany.

K.G.: No tak.

S.T.: Więc to jest tak, że ja mam dużą wiarę w obecne obserwacje kosmologiczne, dlatego że jest cały szereg właśnie problemów, które zdaje się, że one sugerują. I wydaje mi się, że to jest ten trop, którym należy iść, żeby spróbować zrozumieć naturę ciemnej materii w stopniu większym, niż to mamy obecnie. Więc te obserwacje cały czas trwają, natomiast ja myślę, że tak naprawdę być może w ciągu dekady jesteśmy w stanie dojść do momentu, w którym będziemy mogli powiedzieć: okej, standardowy model kosmologiczny już nie działa dla tych najnowszych obserwacji, trzeba troszeczkę go zmodyfikować. Czy będziemy w stanie w tym czasie powiedzieć, jak go zmodyfikować – to jest inne zagadnienie. Tego nie jestem pewien. Ale jestem optymistyczny, jeżeli chodzi o to, że będziemy w stanie potwierdzić, że okej, mamy wreszcie te dane i teraz potrzebujemy Nielsa Bohra kosmologii, który nam coś powie, jak je zinterpretować odpowiednio.

K.G.: Bardzo ciekawe. Trzymam kciuki. Doktor habilitowany Sebastian Trojanowski. Dziękuję serdecznie.

S.T.: Dziękuję bardzo za zaproszenie. Dziękuję.