Nová teorie naznačuje, že temná hmota by mohla být dalším kosmickým uprchlíkem

temná hmotanepolapitelná hmota, která tvoří většinu hmoty ve vesmíru, se může skládat z masivních částic zvaných gravitony, které poprvé vznikly v prvním okamžiku po velký výbuch.

Nová teorie naznačuje, že tyto virtuální částice mohou být kosmickými uprchlíky z extra dimenzí.

Výpočty výzkumníků naznačují, že tyto částice mohly být vytvořeny ve správných množstvích, aby to bylo možné vysvětlit temná hmotakteré lze „vidět“ pouze jejich gravitací na běžné hmotě.

Masivní gravitony vznikly srážkami obyčejných částic v raném vesmíru.

Tento proces je považován za příliš vzácný na to, aby byly masivní gravitony kandidáty na temnou hmotu,“ řekl pro Live Science spoluautor studie Giacomo Cacciaglia, fyzik z University of Lyon ve Francii.

Ale v nové studii zveřejněné v únoru v časopise Fyzické kontrolní dopisyCacciapaglia spolu s fyziky z Korejské univerzity Haiying Cai a Seung J. Lee zjistili, že v raném vesmíru bylo syntetizováno dostatek těchto gravitonů, aby odpovídaly za veškerou temnou hmotu, kterou v současnosti ve vesmíru objevujeme.

Studie zjistila, že gravitony, pokud by byly přítomny, by měly hmotnost menší než 1 megaelektronvolt (MeV), tedy ne více než dvojnásobek hmotnosti elektronu.

Tato úroveň hmotnosti je mnohem nižší než měřítko, na kterém Higgsův boson Generuje hmotu běžné hmoty – což je pro model nezbytné, aby jí vyprodukoval dostatek k vysvětlení veškeré temné hmoty ve vesmíru. (Pro srovnání, nejlehčí známá částice je neutrinováží méně než 2 MeV, zatímco proton váží asi 940 MeV, podle Národní institut pro standardy a technologie.)

Tým našel tyto hypotetické gravitony při hledání důkazů o dalších dimenzích, o kterých se někteří fyzici domnívají, že existují vedle pozorovaných tří dimenzí vesmíru a čtvrtého. čas.

V teorii týmu, kdy gravitace Šíří se přes další dimenze a je vtělen do našeho vesmíru jako masivní gravitony.

Ale tyto částice budou s běžnou hmotou interagovat slabě a pouze gravitační silou.

Tento popis je děsivě podobný tomu, co víme o temné hmotě, která neinteraguje se světlem, ale má gravitační účinek, který je cítit všude ve vesmíru. Tento gravitační efekt například brání galaxiím v odletu.

„Hlavní výhodou masivních gravitonů jako částic temné hmoty je to, že interagují pouze prostřednictvím gravitace, a tak mohou uniknout pokusům o detekci jejich přítomnosti,“ řekl Kacchiapalia.

Naproti tomu jiní kandidáti na temnou hmotu navrhli – jako je interakce slabých hmotných částic, axonů a neutrina Mohou být také pociťovány prostřednictvím jejich velmi jemných interakcí s jinými silami a doménami.

Skutečnost, že masivní gravitony stěží interagují prostřednictvím gravitace s jinými částicemi a silami ve vesmíru, nabízí další výhodu.

„Kvůli jejich velmi slabým interakcím se rozpadají tak pomalu, že zůstávají stabilní po celou dobu života vesmíru. Ze stejného důvodu se pomalu produkují během expanze vesmíru a hromadí se tam až dodnes,“ řekl Cacciapaglia.

V minulosti si fyzici mysleli, že gravitony jsou pravděpodobným kandidátem na temnou hmotu, protože procesy, které je produkují, jsou tak vzácné. V důsledku toho budou gravitony generovány mnohem nižší rychlostí než jiné částice.

Ale tým to zjistil v pikosekundách (biliontiny sekundy) poté velký výbuchTěchto gravitonů však mohlo být vytvořeno více, než naznačovaly předchozí teorie.

Studie zjistila, že toto posílení stačilo na to, aby masivní gravitony přesně vysvětlily, kolik temné hmoty najdeme ve vesmíru.

„To posílení byl šok,“ řekl Kachiapalia. „Museli jsme provést mnoho testů, abychom se ujistili, že výsledek je správný, protože to vede k posunu paradigmatu ve způsobu, jakým považujeme masivní gravitony za potenciální kandidáty na temnou hmotu.“

Protože masivní gravitony se tvoří pod energetickým měřítkem v Higgsův bosonzbavený nejistoty související s vyššími energetickými stupnicemi, které současná částicová fyzika dobře nepopisuje.

Teorie týmu spojuje fyziku studovanou v urychlovačích částic, jako je např Velký hadronový urychlovač S fyzikou gravitace.

To znamená, že výkonné urychlovače částic, jako je Future Circular Collider v CERNu, který by měl začít fungovat v roce 2035, by mohly hledat důkazy o potenciálních částicích temné hmoty.

„Pravděpodobně náš nejlepší záběr je urychlovač částic s vysokým rozlišením budoucnosti,“ řekl Kacchiapalia. „To je něco, co v současnosti vyšetřujeme.“

Tento článek původně publikoval Živá věda. Číst Původní článek je zde.