Een nieuwe theorie suggereert dat donkere materie een extra kosmische vluchteling zou kunnen zijn

donkere materiede ongrijpbare materie die het grootste deel van de massa in het universum uitmaakt, kan bestaan ​​​​uit massieve deeltjes die gravitonen worden genoemd en die voor het eerst ontstonden in het eerste moment na de grote explosie.

Een nieuwe theorie suggereert dat deze virtuele deeltjes kosmische vluchtelingen kunnen zijn uit extra dimensies.

De berekeningen van de onderzoekers geven aan dat deze deeltjes zich in de juiste hoeveelheden kunnen hebben gevormd om te verklaren donkere materiedie alleen kunnen worden “gezien” door hun zwaartekracht op gewone materie.

“Massieve gravitonen worden geproduceerd door botsingen van gewone deeltjes in het vroege heelal.

Men denkt dat dit proces te zeldzaam is voor massieve gravitonen om kandidaten te zijn voor donkere materie, “vertelde co-auteur Giacomo Cacciaglia, een natuurkundige aan de Universiteit van Lyon in Frankrijk, aan WordsSideKick.com.

Maar in een nieuwe studie gepubliceerd in februari in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrievenCacciapaglia, samen met de fysici Haiying Cai en Seung J. Lee van de Universiteit van Korea, ontdekten dat genoeg van deze gravitonen in het vroege universum werden gesynthetiseerd om alle donkere materie te verklaren die we momenteel in het universum ontdekken.

Uit het onderzoek bleek dat gravitonen, indien aanwezig, een massa zouden hebben van minder dan 1 megaelektronvolt (MeV), dus niet meer dan twee keer de massa van een elektron.

Dit massaniveau is veel lager dan de schaal waarop: Higgs-deeltje Het genereert massa gewone materie – wat essentieel is voor het model om er genoeg van te produceren om alle donkere materie in het universum te verklaren. (Ter vergelijking: het lichtste bekende deeltje is neutrinoweegt minder dan 2 MeV, terwijl het proton ongeveer 940 MeV weegt, volgens Nationaal Instituut voor Standaarden en Technologie.)

Het team vond deze hypothetische gravitonen tijdens het zoeken naar bewijs van extra dimensies, waarvan sommige natuurkundigen vermoeden dat ze bestaan ​​naast de waargenomen drie dimensies van de ruimte en de vierde. de tijd.

In teamtheorie, wanneer? zwaartekracht Het verspreidt zich door extra dimensies en is in ons universum belichaamd als massieve gravitonen.

Maar deze deeltjes zullen een zwakke wisselwerking hebben met gewone materie, en alleen door de zwaartekracht.

Deze beschrijving is griezelig vergelijkbaar met wat we weten over donkere materie, die geen interactie heeft met licht, maar een zwaartekrachtseffect heeft dat overal in het universum wordt gevoeld. Dit zwaartekrachteffect zorgt er bijvoorbeeld voor dat sterrenstelsels niet wegvliegen.

“Het belangrijkste voordeel van massieve gravitonen als donkere-materiedeeltjes is dat ze alleen door zwaartekracht interageren en dus kunnen ontsnappen aan pogingen om hun aanwezigheid te detecteren,” zei Kacchiapalia.

Daarentegen hebben andere kandidaten voor donkere materie voorgesteld – zoals de interactie van zwakke massieve deeltjes, axonen en neutrino’s Ze kunnen ook worden gevoeld door hun zeer subtiele interacties met andere krachten en domeinen.

Het feit dat massieve gravitonen nauwelijks via zwaartekracht interageren met andere deeltjes en krachten in het heelal biedt nog een voordeel.

“Vanwege hun zeer zwakke interacties vervallen ze zo langzaam dat ze stabiel blijven gedurende het hele leven van het universum. Om dezelfde reden worden ze langzaam geproduceerd tijdens de uitdijing van het universum en hopen ze zich daar op tot vandaag,” zei Cacciapaglia.

In het verleden dachten natuurkundigen dat gravitonen een mogelijke kandidaat voor donkere materie waren, omdat de processen die ze produceren zo zeldzaam zijn. Als gevolg hiervan zullen gravitonen met veel lagere snelheden worden gegenereerd dan andere deeltjes.

Maar het team ontdekte dat in picoseconden (biljoensten van een seconde) na de grote explosieEr kunnen echter meer van deze gravitonen zijn gemaakt dan eerdere theorieën suggereerden.

Uit de studie bleek dat deze boost genoeg was voor massieve gravitonen om precies te verklaren hoeveel donkere materie we in het universum vinden.

“De versterking was een schok”, zei Kachiapalia. “We moesten veel tests uitvoeren om er zeker van te zijn dat het resultaat correct was, omdat het resulteert in een paradigmaverschuiving in de manier waarop we massieve gravitonen beschouwen als potentiële kandidaten voor donkere materie.”

Omdat massieve gravitonen worden gevormd onder de energieschaal in Higgs-deeltjebevrijd van onzekerheid met betrekking tot hogere energieschalen, die de huidige deeltjesfysica niet goed beschrijft.

De theorie van het team verbindt de fysica die is bestudeerd in deeltjesversnellers zoals: Large Hadron Collider Met de fysica van de zwaartekracht.

Dit betekent dat krachtige deeltjesversnellers zoals de Future Circular Collider bij CERN, die in 2035 zou moeten gaan werken, op zoek kunnen gaan naar mogelijke donkere materiedeeltjes.

“Waarschijnlijk onze beste kans op deeltjesbotsingen met hoge resolutie in de toekomst,” zei Kachiapalia. “Dit is iets dat we momenteel onderzoeken.”

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door levende wetenschappen. Lees de Het originele artikel staat hier.