Viele wunderbare Theorien, die erklären, die Entstehung des Universums scheitern, weil Sie Vorhersagen mehr dunkle Materie als es tatsächlich gibt. Jetzt ein neues Papier schlägt vor, eine Veranstaltung im frühen Universum, würde Sie reduzieren die Menge der dunklen Materie in all den Theorien.
In den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall, die meisten Kosmologen glauben, dass das Universum ging durch eine Phase der raschen Erweiterung plötzlich, genannt inflation, auch nachhaltig für die bloße Bruchteilen einer Sekunde. Expansion fortgesetzt langsamer nach, und unser Universum wird noch erweitert heute (obwohl die expansion ist jetzt Beschleunigung).
Aber etwas fehlt. Wenn Astronomen schauen Galaxien Spinnen, zum Beispiel, werden Sie feststellen, dass die rate, mit der die Galaxien drehen macht nur Sinn, wenn die Galaxien sind die viel mehr Masse als das, was wir beobachten können direkt. Alles über das Universum, Objekte bewegen, als ob Sie unter der gravitative Einfluss von großen Mengen von unsichtbaren Masse. Dies wurde als dunkle Materie. Während Physiker nicht genau, was die dunkle Materie ist, Sie weiß, es hat eine gravitative Wirkung auf das Universum, scheinbar ohne Interaktion mit gewöhnlicher Materie.
Obwohl es etwa fünf mal mehr dunkle Materie als normale Angelegenheit, es gibt immer noch viel weniger als viele Theorien über das Universum vorherzusagen. Jede Theorie hat-Konto für den gegenwärtigen Zustand des Universums, noch mehrere Vorhersagen mehr dunkle Materie als wir tatsächlich sehen. Ein neues Papier von Hooman Davoudiasl, Dan Hooper, und Sam McDermott erschien heute in Physical Review Letters, und versucht eine Erklärung zu finden, indem Sie vorschlägt, was Sie als “aufblasbare dunkle Materie”ist.
In den frühen Universum, der Zustand der Materie und dunkle Materie in Bewegung. “Materie und anti-Materie vernichtet,” Davoudiasl erklärt Gizmodo. Aber aus irgendeinem Grund, es war etwas mehr Materie als Antimaterie, so landeten wir mit einem leichten überschuss von Materie im Universum. Also für alle die sichtbaren Strukturen, die wir heute sehen.
Gesponsert
Dunkle Materie folgte ein ähnlicher Prozess. “Dunkle Materie sein kann, seine eigene anti-Teilchen-und in diesem Fall kann es selbst vernichten,” Davoudiasl sagte. “Alternativ könnte es auch kommen in verschiedenen Teilchen und anti-Teilchen-Arten, in diesem Fall werden Ihre Vernichtung wird ähnlich sein, der gewöhnliche Materie und anti-Materie (sagen, Protonen und Antiprotonen).”
Irgendwann nach der inflationären Zeit, glauben die Autoren, dass die Menge der dunklen Materie im Universum gesetzt wurde, oder, wie Davoudiasl es ausdrückte, “gebacken Kuchen.” Der annihilations gestoppt, das Universum expandiert weiter (wenn auch langsam), und die Proportionen der dunklen Materie und der regelmäßigen Materie im Universum gesetzt wurden.
Diejenigen allerdings, die annihilations richten sich nach den Eigenschaften der dunklen Materie und der sichtbaren Materie. Da diese Eigenschaften haben sich mehr bekannt, die Dichte der dunklen Materie, die viele Theorien Vorhersagen, und die Dichte, die wir tatsächlich sehen, nicht übereinstimmen.
“Wie Experimente bekommen empfindlicher, Sie setzen immer strengeren Grenzen auf die Interaktionen der dunklen Materie und der sichtbaren Teilchen”, Davoudiasl erklärt. Experimente zeigen, dass die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen der dunklen Materie sind sehr schwach. Viele Theorien, die diese Interaktionen berücksichtigt, dann Vorhersagen, ein Universum, in dem es weit mehr dunkle-Materie-Teilchen pro Volumeneinheit als Astrophysiker tatsächlich beobachten.
Wie man dieses Problem lösen? Das Papier schlägt vor, es hätte einen sekundären Zeit der extremen inflation. Dies würde verdünnen der fülle der dunklen Materie pro Volumeneinheit. So lange, wie es passiert ist “nicht später als etwa eine Sekunde in den Big Bang, es könnte Teil einer konsistenten Geschichte des frühen Universums”, sagte Davoudiasl.
So, nachdem das Universum ging durch besonders rasche expansion einmal, der annihilations gestoppt, und der Anteil der dunklen Materie gesetzt wurde. Dann wird das Universum schnell wieder erweitert, Herstellung normaler Materie, aber nicht die dunkle Materie. Dies brachte der Anteil der dunklen Materie bis zu einem Punkt, wo die Theorien zur Erläuterung der Funktionsweise des Universums ist, passt die Dichte der dunklen Materie beobachtet das tatsächliche Universum.
Aber was verursacht diese zweite inflationären Zeit? Davoudiasl glaubt, es hätte eine “versteckte Sektor” der Physik. Derzeit haben wir, was ist bekannt als das Standard-Modell der Teilchenphysik—umfasst alle bekannten Teilchen wie quarks und Elektronen, sowie die Kräfte, die Sie regieren.
“Die bekannten Standard-Modell Zutaten haben in der Regel eine direkte Auseinandersetzung mit neuen hypothetischen Teilchen”, sagte Davoudiasl. “Aber, es könnte auch der Fall sein, dass es grundsätzliche Phänomene beschrieben, die durch Teilchen und Kräfte, die keine direkte Interaktion mit dem bekannten Teilchen des Standard-Modells. Das heißt, es könnte eine “versteckte Sektor” der Physik, die nur noch sehr schwach und indirekt induzierten Wechselwirkungen mit unserer sichtbaren Welt. In unserem Papier, die wir vorgeschlagen, dass die sekundäre inflation kann in der Tat stammen aus Teilchen und Wechselwirkungen, die in einem solchen versteckten Sektor.”
Die Wechselwirkungen der Teilchen sind also sehr schwach, dass es keine chance gibt, Sie zu finden, die über standard-Experimente. Es ist jedoch möglich, dass Sie vielleicht erscheinen Sie bei Kollisionen im high-energy-Teilchenbeschleuniger. Dies könnte unsere beste chance, um herauszufinden, ob die versteckten Sektor vorhanden ist.
[Physical Review Letters via Brookhaven National Laboratory]
Bilder: Brookhaven National Laboratory.