‘Oppblåsbare Mørk Materie”, Kan Forklare Hvorfor Vi Se Mindre Enn Mange Teorier Forutsier

'Inflatable Dark Matter' Could Explain Why We See Less Than Many Theories Predict

Mange fantastiske teorier som forklarer utviklingen av universet mislykkes fordi de spår mer mørk materie enn det som er faktisk ute. Nå er et nytt papir foreslår en hendelse i det tidlige univers som ville redusere mengden av mørk materie i alle teoriene.

I den første brøkdelen av et sekund etter Big Bang, mest cosmologists tror at universet gikk gjennom en periode med rask plutselig utvidelsen, kalt inflasjon, også som varer i bare brøkdeler av et sekund. Ekspansjonen fortsatte i et langsommere etter det, og universet vårt er fortsatt økende i dag (selv om at utvidelsen er nå akselererende).

Men noe mangler. Når astronomene se på galakser spinne, for eksempel, de legger merke til at hastigheten galakser er spinne bare fornuftig hvis galakser bærer på en mye mer masse enn det vi kan observere direkte. Hele universet, objekter beveger seg som om de er under den gravitasjonelle påvirkning av store mengder usynlig masse. Dette har blitt kalt mørk materie. Mens fysikere ikke er sikker på nøyaktig hva den mørke materien er, de vet det har en gravitasjonens innvirkning på universet, uten tilsynelatende å samhandle med vanlig materie.

Selv om det er omtrent fem ganger mer mørk materie enn vanlig materie, det er fortsatt mye mindre enn mange teorier om universet forutsi. Enhver teori har å gjøre rede for den nåværende tilstand av at universet, men flere spår mer mørk materie enn det vi faktisk ser. En ny artikkel av Hooman Davoudiasl, Dan Hooper, og Sam McDermott dukket opp i dag i Physical Review Letters, og forsøker å finne en forklaring ved å foreslå hva de kaller “oppblåsbare mørk materie.”

I det tidlige universet, tilstand av materie og mørk materie var i forandring. “Materie og anti-materie tilintetgjort,” Davoudiasl forklart til Gizmodo. Men for noen grunn, det var litt mer materie enn antimaterie, så vi endte opp med en liten overskudd av materie i universet. Som tar hensyn til alle de synlige strukturene vi ser i dag.

Sponset

'Inflatable Dark Matter' Could Explain Why We See Less Than Many Theories Predict

Mørk materie fulgte en lignende prosess. “Mørk materie kan være sin egen anti-partikkel-og i så fall kan det selv-tilintetgjøre,” Davoudiasl sa. “Alternativt, kan det også komme tydelig partikkel-og anti-partikkel arter, og i så fall dens utslettelse vil være omtrent som for vanlig materie og anti-materie (si, proton og anti-proton).”

På et tidspunkt etter inflasjonspress periode, forfatterne mener at mengden av mørk materie i universet ble satt, eller, som Davoudiasl sagt det, “bakt kake.” Den annihilations stoppet, universet fortsatte å utvide (men langsommere), og andelen av mørk materie og vanlig materie i universet ble satt.

Men de annihilations avhenger av egenskapene til mørk materie og synlig rolle. Som disse egenskaper har blitt mer kjent, tettheten av mørk materie som mange teorier forutsi, og tettheten vi faktisk ser, ikke passer seg.

“Som eksperimenter få mer følsomme, de setter stadig strengere grenser på vekselsvirkningene av mørk materie og den synlige partikler,” Davoudiasl forklart. Eksperimenter viser at interaksjoner mellom mørk materie-partikler er svært svak. Mange teorier som tar disse vekselsvirkningene i betraktning, da, forutsi et univers hvor det er langt mer mørk materie-partikler per enhet volum enn astrophysicists faktisk observere.

Hvordan løse dette? Papiret antyder at det kan ha vært en sekundær periode med ekstrem inflasjon. Dette ville svekke overflod av mørk materie per enhet volum. Så lenge det skjedde “ikke senere enn ca ett sekund i Big Bang, det kan potensielt være en del av en sammenhengende historie av det tidlige universet,” sa Davoudiasl.

Så etter universet gikk gjennom spesielt rask ekspansjon gang, annihilations stoppet, og andelen mørk materie ble satt. Da har universet utvidet seg fort igjen, og produserer vanlig materie, men ikke mørk materie. Dette førte andelen mørk materie ned til et punkt hvor de teorier som forklarer hvordan universet matche opp med tettheten av mørk materie observert i selve universet.

Men hva som forårsaket denne andre inflasjonsdrivende perioden? Davoudiasl mener at det kunne ha vært en “skjult sektor” i fysikk. I dag, har vi det som er kjent som standardmodellen for partikkelfysikk—som inneholder alle de kjente partikler som kvarker og elektroner, så vel som de kreftene som styrer dem.

“Kjent for Standard Modell ingredienser vil vanligvis ha direkte interaksjoner med nye hypotetiske partikler,” sa Davoudiasl. “Men, det kan også være slik at det er grunnleggende fenomener som beskrives av partikler og krefter som ikke har noen direkte samhandling med kjente partikler av Standard-Modellen. Det vil si, det kunne være en “skjult sektor” av fysikk som bare har svært svak og indirekte-indusert interaksjoner med i vår synlige verden. I vår papir, vi foreslo at den sekundære inflasjon kan faktisk stammer fra partikler og interaksjoner i en slik skjult sektor.”

Interaksjoner av disse partiklene er så veldig skrøpelig at det er ingen sjanse for å finne dem via standard eksperimenter. Det er imidlertid mulig at de kan vises under kollisjoner i høy-energi partikkel aktiviteter. Dette kan bli vår beste sjanse til å finne ut om den skjulte sektor eksisterer.

[Physical Review Letters via Brookhaven National Laboratory]

Bilder: Brookhaven National Laboratory.


Date:

by