Eine neue Theorie legt nahe, dass Dunkle Materie ein zusätzlicher kosmischer Flüchtling sein könnte

Dunkle Materiedie schwer fassbare Materie, die den Großteil der Masse im Universum ausmacht, kann aus massiven Teilchen bestehen, die Gravitonen genannt werden und im ersten Augenblick danach entstanden sind die große Explosion.

Eine neue Theorie legt nahe, dass diese virtuellen Teilchen kosmische Flüchtlinge aus zusätzlichen Dimensionen sein könnten.

Die Berechnungen der Forscher deuten darauf hin, dass diese Partikel in genau der richtigen Menge zur Erklärung entstanden sein könnten Dunkle Materiedie nur durch ihre Schwerkraft auf gewöhnlicher Materie „gesehen“ werden können.

Massive Gravitonen wurden durch Kollisionen gewöhnlicher Teilchen im frühen Universum erzeugt.

Es wird angenommen, dass dieser Prozess zu selten ist, als dass massive Gravitonen Kandidaten für Dunkle Materie sein könnten “, sagte der Co-Autor der Studie, Giacomo Cacciaglia, Physiker an der Universität von Lyon in Frankreich, gegenüber WordsSideKick.com.

Aber in einer neuen Studie, die im Februar in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen ÜberprüfungCacciapaglia fand zusammen mit den Physikern Haiying Cai und Seung J. Lee von der Korea University heraus, dass genug dieser Gravitonen im frühen Universum synthetisiert wurden, um die gesamte dunkle Materie zu erklären, die wir derzeit im Universum entdecken.

Die Studie ergab, dass Gravitonen, falls vorhanden, eine Masse von weniger als 1 Megaelektronenvolt (MeV) haben würden, also nicht mehr als die doppelte Masse eines Elektrons.

Dieses Massenniveau ist viel niedriger als der Maßstab, bei dem Higgs-Boson Es erzeugt eine Masse gewöhnlicher Materie – was für das Modell unerlässlich ist, um genug davon zu produzieren, um die gesamte dunkle Materie im Universum zu erklären. (Zum Vergleich: Das leichteste bekannte Teilchen ist Neutrinowiegt weniger als 2 MeV, während das Proton laut etwa 940 MeV wiegt Nationales Institut für Standards und Technologie.)

Das Team fand diese hypothetischen Gravitonen bei der Suche nach Beweisen für zusätzliche Dimensionen, von denen einige Physiker vermuten, dass sie neben den beobachteten drei Dimensionen des Raums und der vierten existieren. die Zeit.

In der Teamtheorie wann Schwere Es breitet sich durch zusätzliche Dimensionen aus und ist in unserem Universum als massive Gravitonen verkörpert.

Aber diese Teilchen interagieren schwach mit gewöhnlicher Materie und nur durch die Schwerkraft.

Diese Beschreibung ähnelt auf unheimliche Weise dem, was wir über dunkle Materie wissen, die nicht mit Licht interagiert, aber eine Gravitationswirkung hat, die überall im Universum zu spüren ist. Dieser Gravitationseffekt verhindert zum Beispiel, dass Galaxien davonfliegen.

„Der Hauptvorteil von massiven Gravitonen als Teilchen der Dunklen Materie besteht darin, dass sie nur durch Schwerkraft interagieren und somit Versuchen entgehen können, ihre Anwesenheit zu entdecken“, sagte Kacchiapalia.

Im Gegensatz dazu haben andere Kandidaten für dunkle Materie vorgeschlagen – wie die Wechselwirkung von schwachen massiven Teilchen, Axonen und Neutrinos Sie können auch durch ihre sehr subtilen Wechselwirkungen mit anderen Kräften und Bereichen gefühlt werden.

Die Tatsache, dass massive Gravitonen kaum über die Schwerkraft mit anderen Teilchen und Kräften im Universum interagieren, bietet einen weiteren Vorteil.

„Aufgrund ihrer sehr schwachen Wechselwirkungen zerfallen sie so langsam, dass sie während des gesamten Lebens des Universums stabil bleiben. Aus dem gleichen Grund werden sie während der Expansion des Universums langsam produziert und reichern sich dort bis heute an“, sagte Cacciapaglia.

In der Vergangenheit hielten Physiker Gravitonen für einen wahrscheinlichen Kandidaten für Dunkle Materie, weil die Prozesse, die sie erzeugen, so selten sind. Infolgedessen werden Gravitonen mit viel geringeren Raten erzeugt als andere Teilchen.

Aber das Team fand das in Pikosekunden (Billionstel Sekunden) nach die große ExplosionEs könnten jedoch mehr dieser Gravitonen entstanden sein, als frühere Theorien vermuten ließen.

Die Studie ergab, dass dieser Schub für massive Gravitonen ausreichte, um genau zu erklären, wie viel dunkle Materie wir im Universum finden.

„Die Verstärkung war ein Schock“, sagte Kachiapalia. „Wir mussten viele Tests durchführen, um sicherzustellen, dass das Ergebnis korrekt war, da dies zu einem Paradigmenwechsel in der Art und Weise führt, wie wir massive Gravitonen als potenzielle Kandidaten für dunkle Materie betrachten.“

Denn unter der Energieskala in bilden sich massive Gravitonen Higgs-Bosonbefreit von Unsicherheit in Bezug auf höhere Energieskalen, die die aktuelle Teilchenphysik nicht gut beschreibt.

Die Theorie des Teams verbindet die Physik, die in Teilchenbeschleunigern wie z Large Hadron Collider Mit der Physik der Schwerkraft.

Das bedeutet, dass leistungsstarke Teilchenbeschleuniger wie der Future Circular Collider am CERN, der 2035 in Betrieb gehen soll, nach Hinweisen auf potenzielle Teilchen der Dunklen Materie suchen könnten.

„Wahrscheinlich ist unser bester Schuss der High-Resolution Particle Collider der Zukunft“, sagte Kacchiapalia. „Das ist etwas, was wir derzeit untersuchen.“

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