O nouă teorie sugerează că materia întunecată ar putea fi un refugiat cosmic extra-dimensional

Materie întunecatăsubstanța evazivă care reprezintă majoritatea masei din univers, poate fi alcătuită din particule masive numite gravitoni care au apărut pentru prima dată în primul moment după Marea explozie.

Și aceste particule ipotetice ar putea fi refugiați cosmici din dimensiuni suplimentare, sugerează o nouă teorie.

Calculul cercetătorilor sugerează că aceste particule ar fi putut fi create în cantitățile potrivite de explicat materie întunecatăcare poate fi „văzută” doar prin atracția gravitațională asupra materiei obișnuite.

„Gravitonii masivi sunt produși de ciocnirile de particule obișnuite în universul timpuriu.

Se credea că acest proces este prea rar pentru ca gravitonii masivi să fie candidați la materie întunecată”, a declarat coautorul studiului Giacomo Cacciapaglia, fizician la Universitatea din Lyon din Franța, pentru Live Science.

Dar într-un nou studiu publicat în februarie în jurnal Scrisori de revizuire fizicăCacciapaglia, împreună cu fizicienii de la Universitatea din Coreea, Haiying Cai și Seung J. Lee, au descoperit că suficienți dintre acești gravitoni ar fi fost fabricați în Universul timpuriu pentru a explica toată materia întunecată pe care o detectăm în prezent în Univers.

Gravitonii, dacă ar exista, ar avea o masă mai mică de 1 megaelectronvolt (MeV), deci nu mai mult de două ori masa unui electron, arată studiul.

Acest nivel de masă este mult sub scara la care bosonul Higgs generează masă pentru materia obișnuită – ceea ce este esențial pentru ca modelul să producă suficiente dintre ele pentru a explica toată materia întunecată din Univers. (Pentru comparație, cea mai ușoară particulă cunoscută, the neutrinicântărește mai puțin de 2 electronvolți, în timp ce un proton cântărește aproximativ 940 MeV, conform Institutul Național de Standarde și Tehnologie.)

Echipa a găsit acești gravitoni ipotetici în timp ce căuta dovezi ale unor dimensiuni suplimentare, despre care unii fizicieni le suspectează că existau alături de cele trei dimensiuni observate ale spațiului și cea de-a patra dimensiune. timp.

În teoria echipei, când gravitatie se propagă prin dimensiuni suplimentare, se materializează în Universul nostru ca gravitoni masivi.

Dar aceste particule ar interacționa doar slab cu materia obișnuită și numai prin forța gravitației.

Această descriere este ciudat de similară cu ceea ce știm despre materia întunecată, care nu interacționează cu lumina, dar are o influență gravitațională simțită peste tot în Univers. Această influență gravitațională, de exemplu, este cea care împiedică galaxiile să se despartă.

„Principalul avantaj al gravitonilor masivi ca particule de materie întunecată este că aceștia interacționează numai gravitațional, prin urmare pot scăpa de încercările de a le detecta prezența”, a spus Cacciapaglia.

În contrast, alți candidați propuși pentru materie întunecată – cum ar fi particulele masive care interacționează slab, axionii și neutrini – poate fi resimțit și de interacțiunile lor foarte subtile cu alte forțe și câmpuri.

Faptul că gravitonii masivi abia interacționează prin gravitație cu celelalte particule și forțe din Univers oferă un alt avantaj.

„Datorită interacțiunilor lor foarte slabe, se degradează atât de încet încât rămân stabili pe toată durata de viață a Universului”, a spus Cacciapaglia, „Din același motiv, sunt produse încet în timpul expansiunii Universului și se acumulează acolo până astăzi”.

În trecut, fizicienii credeau că gravitonii erau puțin probabili candidați la materie întunecată, deoarece procesele care le creează sunt extrem de rare. Ca rezultat, gravitonii ar fi creați la rate mult mai mici decât alte particule.

Dar echipa a constatat că în picosecundă (trilionime dintr-o secundă) după Marea exploziear fi fost creați mai mulți dintre acești gravitoni decât sugerau teoriile din trecut.

Studiul a descoperit că această îmbunătățire a fost suficientă pentru ca gravitonii masivi să explice complet cantitatea de materie întunecată pe care o detectăm în univers.

„Îmbunătățirea a fost un șoc”, a spus Cacciapaglia. „A trebuit să efectuăm multe verificări pentru a ne asigura că rezultatul este corect, deoarece are ca rezultat o schimbare de paradigmă în modul în care considerăm gravitonii masivi ca potențiali candidați ai materiei întunecate”.

Deoarece gravitonii masivi se formează sub scara de energie a bosonul Higgssunt eliberați de incertitudinile legate de scalele de energie mai înalte, pe care fizica particulelor actuală nu le descrie foarte bine.

Teoria echipei leagă fizica studiată la acceleratoarele de particule, cum ar fi Ciocnitorul mare de hadroni cu fizica gravitaţiei.

Aceasta înseamnă că acceleratoarele de particule puternice, cum ar fi Future Circular Collider de la CERN, care ar trebui să înceapă să funcționeze în 2035, ar putea căuta dovezi ale acestor potențiale particule de materie întunecată.

„Probabil cea mai bună șansă pe care o avem este la viitoarele ciocnitoare de particule de înaltă precizie”, a spus Cacciapaglia. „Acesta este ceva pe care îl investigăm în prezent”.

Acest articol a fost publicat inițial de Știința Vii. Citeste articol original aici.