Nowa teoria sugeruje, że ciemna materia może być dodatkowym kosmicznym uchodźcą

Ciemna materianieuchwytna materia, która stanowi większość masy we wszechświecie, może składać się z masywnych cząstek zwanych grawitonami, które po raz pierwszy powstały w pierwszej chwili po wielka eksplozja.

Nowa teoria sugeruje, że te wirtualne cząstki mogą być kosmicznymi uciekinierami z dodatkowych wymiarów.

Obliczenia naukowców wskazują, że cząstki te mogły powstać w odpowiednich ilościach do wyjaśnienia Ciemna materiaktóre można „zobaczyć” tylko dzięki ich grawitacji na zwykłej materii.

Ogromne grawitony powstały w wyniku zderzeń zwykłych cząstek we wczesnym wszechświecie.

Uważa się, że ten proces jest zbyt rzadki, aby masywne grawitony mogły być kandydatami na ciemną materię” – powiedział Live Science współautor badania Giacomo Cacciaglia, fizyk z Uniwersytetu w Lyonie we Francji.

Ale w nowym badaniu opublikowanym w lutym w czasopiśmie Fizyczne listy kontrolneCacciapaglia wraz z fizykami z Koreańskiego Uniwersytetu Haiying Cai i Seung J. Lee odkryli, że we wczesnym wszechświecie zsyntetyzowano wystarczającą ilość tych grawitonów, aby wyjaśnić całą ciemną materię, którą obecnie odkrywamy we wszechświecie.

Badanie wykazało, że grawitony, jeśli byłyby obecne, miałyby masę mniejszą niż 1 megaelektronowolt (MeV), a więc nie więcej niż dwukrotność masy elektronu.

Ten poziom masy jest znacznie niższy niż skala, w której bozon Higgsa Generuje masę zwykłej materii – co jest niezbędne, aby model wytworzył jej wystarczającą ilość, aby wyjaśnić całą ciemną materię we wszechświecie. (Dla porównania, najlżejsza znana cząstka to neutrinważy mniej niż 2 MeV, podczas gdy proton waży około 940 MeV, według Narodowy Instytut Standardów i Technologii.)

Zespół znalazł te hipotetyczne grawitony, szukając dowodów na dodatkowe wymiary, które, jak podejrzewają niektórzy fizycy, istnieją obok obserwowanych trzech wymiarów przestrzeni i czwartego. czas.

W teorii zespołowej, kiedy powaga Rozprzestrzenia się przez dodatkowe wymiary i jest ucieleśniony w naszym wszechświecie jako masywne grawitony.

Ale te cząstki będą słabo oddziaływać ze zwykłą materią i tylko dzięki sile grawitacji.

Ten opis jest niesamowicie podobny do tego, co wiemy o ciemnej materii, która nie oddziałuje ze światłem, ale ma efekt grawitacyjny, który jest odczuwalny wszędzie we wszechświecie. Na przykład ten efekt grawitacyjny zapobiega odlatywaniu galaktyk.

„Główną zaletą masywnych grawitonów jako cząstek ciemnej materii jest to, że oddziałują one tylko poprzez grawitację, a zatem mogą uniknąć prób wykrycia ich obecności” – powiedział Kacchiapalia.

W przeciwieństwie do tego, zaproponowali inni kandydaci na ciemną materię – takie jak oddziaływanie słabych, masywnych cząstek, aksonów i neutrina Można je również odczuć poprzez bardzo subtelne interakcje z innymi siłami i domenami.

Fakt, że masywne grawitony prawie nie oddziałują grawitacyjnie z innymi cząsteczkami i siłami we wszechświecie, oferuje kolejną zaletę.

„Ze względu na ich bardzo słabe interakcje rozkładają się tak powoli, że pozostają stabilne przez całe życie wszechświata. Z tego samego powodu są powoli produkowane podczas ekspansji wszechświata i gromadzą się tam do dziś” – powiedział Cacciapaglia.

W przeszłości fizycy uważali, że grawitony są prawdopodobnym kandydatem na ciemną materię, ponieważ procesy, które je wytwarzają, są tak rzadkie. W rezultacie grawitony będą generowane z dużo mniejszą szybkością niż inne cząstki.

Ale zespół odkrył, że w pikosekundach (biliardowych części sekundy) po wielka eksplozjaJednak mogło powstać więcej tych grawitonów, niż sugerowały poprzednie teorie.

Badanie wykazało, że to przyspieszenie było wystarczające dla masywnych grawitonów, aby dokładnie wyjaśnić, ile ciemnej materii znajdujemy we wszechświecie.

„Wzmocnienie było szokiem” – powiedział Kachiapalia. „Musieliśmy przeprowadzić wiele testów, aby upewnić się, że wynik jest poprawny, ponieważ powoduje zmianę paradygmatu w sposobie, w jaki uważamy masywne grawitony za potencjalnych kandydatów na ciemną materię”.

Ponieważ masywne grawitony powstają pod skalą energii w bozon Higgsauwolniony od niepewności związanej z wyższymi skalami energii, których obecna fizyka cząstek nie opisuje dobrze.

Teoria zespołu łączy fizykę badaną w akceleratorach cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów Z fizyką grawitacji.

Oznacza to, że potężne akceleratory cząstek, takie jak Future Circular Collider w CERN, który powinien zacząć działać w 2035 r., mogą szukać dowodów na potencjalne cząstki ciemnej materii.

„Prawdopodobnie naszym najlepszym strzałem jest Zderzacz Cząstek Wysokiej Rozdzielczości przyszłości” – powiedział Kacchiapalia. „To jest coś, co obecnie badamy”.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany przez Nauka na żywo. Przeczytać Oryginalny artykuł jest tutaj.