Az egzotikus részecskék nyomokat rejthetnek a titokzatos sötét anyag felé

Ez a NASA Hubble űrteleszkóp képe a sötét anyag eloszlását mutatja az Abell 1689 óriás galaxishalmaz közepén, amely körülbelül 1000 galaxist és trillió csillagot tartalmaz. A sötét anyag az anyag láthatatlan formája, amely a legtöbbet teszi ki

Ez a NASA Hubble űrteleszkóp képe a sötét anyag eloszlását mutatja az Abell 1689 óriás galaxishalmaz közepén, amely körülbelül 1000 galaxist és trillió csillagot tartalmaz. A sötét anyag az anyag láthatatlan formája, amely a világegyetem tömegének nagy részét teszi ki. (Kép jóváírása: NASA/JPL-Caltech/ESA/Andalúziai Asztrofizikai Intézet, Baszkföldi Egyetem/JHU)

A sötét anyag a világegyetem tömegének mintegy 80 százalékát teszi ki, de a tudósok még mindig nem tudják, mi a furcsa.



A tudósok számos részecskét javasoltak a titokzatos jelölt összetevőinek sötét anyag , amelyet azért neveztek el, mert láthatóan nem bocsát ki és nem is vesz el fényt. A vadászat célja ezen egzotikus részecskék megtalálása és jellemzése, a WIMPS -től a steril neutrínókon át az axionokig.

'Óriási az elmélet arra, hogy mi lehet a sötét anyag'-mondta Shunsaku Horiuchi, a California-Irvine Egyetem munkatársa az Amerikai Fizikai Társaság áprilisi találkozóján, a Georgia állambeli Savannah-ban tartott sajtótájékoztatóján. [ A sötét anyag magyarázata (infografika) ]

A csillagászok többet tudnak arról, hogy mi nem a sötét anyag, mint ami valójában. Nézze meg, mit tudnak a tudósok a sötét anyagról ezen a demokratija.eu infografikán.

A csillagászok többet tudnak arról, hogy mi nem a sötét anyag, mint ami valójában. Nézze meg, mit tudnak a tudósok a sötét anyagról ezen a demokratija.eu infografikán .(Kép jóváírása: Karl Tate, demokratija.eu Infographics Artist)

Erős eset a WIMP -k számára

Amikor a nagy Bumm 13,8 milliárd évvel ezelőtt teremtette meg az univerzumot, sötét anyagrészecskék keletkeztek a „normális” anyaggal együtt, amelyet láthatunk és megérinthetünk. A sötét anyag részecskéi közötti ütközések sok részecskét megsemmisíthettek, de ahogy az univerzum lehűlt és tágult, az ütközés sebessége lelassult, és hátrahagyta a ma létező sötét anyagot - állítják a tudósok.

Az 1980 -as években először javasolt gyenge interakciójú tömeges részecskék (WIMP) talán a sötét anyag vezető jelöltjei. A WIMP -k körülbelül 100 -szor nagyobbak, mint az elektronok, és a gravitáció és a gyenge nukleáris erő révén kölcsönhatásba lépnek. A WIMP -k nem hatnak erősen a normál anyaggal, de kölcsönhatásba lépnek egymással, és közben észlelhető gamma -sugarakat termelnek.

Egy a sok keresett detektor közül WIMP -k a Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT) együttműködésben fut. A CoGeNT érzékelője mélyen a föld alatt helyezkedik el a minnesotai Soudan bányában, védve a háttér interferenciájától. A germánium elem kristálya egy dobozban ül, és várja a ritka ütközést a bejövő WIMP részecske és a detektor egyetlen atommagja között. Az ütközés visszaütést okoz, amely kis mennyiségű mérhető energiát generál.

Blas Cabrera, a Stanford Egyetem munkatársa bemutatta a CoGeNT együttműködés sötét anyag keresésének frissítését. A szilíciumdetektorok germániumra cserélésével nagyobb bizalmat jelent a csapat eredményeiben.

Nemrégiben egy másik csapat megvizsgálta a CoGeNT adatait, és úgy gondolta, hogy WIMP -ket találtak. A CoGeNT csapata azonban megismételte az elemzést, és WIMP -ket talált több detektorban - ez jel, Cabrera szerint, hogy a detektálás nem a potenciális sötét anyag részecskék.

„A WIMP -knek olyan gyengén kell kölcsönhatásba lépniük, hogy soha ne lépjenek kölcsönhatásba két érzékelőben” - mondta Cabrera.

Ehelyett úgy véli, hogy a jelek háttérzajok voltak, ami arra késztette a csapatot, hogy javítsák az adatok modellezését.

Egyelőre nem erősítettek meg potenciális WIMP -észleléseket - de ez a lehetséges interakciók szűkítését szolgálja.

'Mivel a WIMP modell központi régióit vizsgálják, és a WIMP -ket nem találják meg, ez azt jelenti, hogy fontos számunkra, hogy szélesítsük a keresést a sötét anyag és a magok közötti minden lehetséges kölcsönhatás között' - mondta Cabrera.

Az olyan törpegalaxisokat, mint ez a gömb alakú Tejút -műhold, a sötét anyag befogadásának elsődleges forrásának tekintik.

Az olyan törpegalaxisokat, mint ez a gömb alakú Tejút -műhold, a sötét anyag befogadásának elsődleges forrásának tekintik.(Kép jóváírása: ESO / Digital Sky Survey 2)

Termékeny steril neutrínók

A sötét anyag másik lehetséges forrása a steril neutrínók, hipotetikus részecskék, amelyek csak a gravitációs erőkre reagálnak. A részecskék apróak, a proton tömegének kevesebb, mint egy milliárd része.

'A steril neutrínók motiváltak arra, hogy megmagyarázzák a neutrínó tömegeket, hogy az aktív neutrínó tömegek ilyen kicsik' - mondta Horiuchi.

Címen gyártva az univerzum születése , a steril neutrínók nem lépnek kölcsönhatásba a nem neutrínó részecskékkel. Ehelyett lassan bomlanak, miközben röntgensugarakat bocsátanak ki.

A tudósok azt várják, hogy a sötét anyag uralja a törpegalaxisokat, például azokat, amelyek a Tejutat veszik körül. [Lenyűgöző fotók a Tejút -galaxisunkról (Galéria)]

'A legjobb méréseket a röntgensugarak és a kicsi eredmények teszik ki galaxisok - mondta Horiuchi.

Beszámolt arról, hogy februárban két független tanulmány bejelentette, hogy röntgenvonalakat észlelnek különböző sötét anyag sűrűségekben, amelyeket nem magyaráznak asztrofizikai események. Mindkét cikk, amelyet online publikáltak, és még nem vettek alá szakértői értékelésnek, egy steril neutrínó -bomlás által létrehozott modellt állított össze, amely sokkal jobban illeszkedik a megfigyelt észlelésekhez, mint bármely csillagászati ​​forrás.

Az axionok mindenütt jelen vannak

A sötét anyag harmadik lehetséges forrása az axionok, a nukleáris fizika eredményeként megjósolt hipotetikus részecskék. Alacsony tömegük és elméleti nagy mennyiségük arra késztette a tudósokat, hogy potenciális sötét anyagként javasolják őket, bár létezhetnek, és nem lehetnek részei a világegyetem titokzatos tömegének.

Az axionok élettartama hosszabb, mint az univerzum kora, és körülöttünk kell létezniük. Gray Rybka, a Washingtoni Egyetem munkatársa szerint 100 kvadrillió (1017) axionok elférnének egy csésze kávéban.

Rybka az Axion Dark Matter Experimenten (ADMX) dolgozik, és nagyméretű, szupravezető mágnessel keresi az axionokat. Amikor az axionok ütköznek a mágneses mezővel és visszapattannak, észlelhető fotonokat kell létrehozniuk az elektron méretének ezermilliárdával. A hangoló rudak megváltoztathatják a mágnes frekvenciáját, lehetővé téve a kísérletben, hogy különböző frekvenciákon keressenek tengelyeket.

'A kísérlet nagyon hasonlít az AM rádióhoz, és a frekvenciát hangolja, hogy megtalálja az állomását' - mondta Rybka.

A kriogén hőmérsékleten működő ADMX elkerüli az axionok keresését olyan régiókban, amelyeket más sötét anyag kísérletek már kizártak, ehelyett a következő hat év fennmaradó potenciális tömegeire összpontosít.

'Az egész valószínű régiót fel fogjuk kutatni az axion sötét anyag után' - mondta Rybka. - Mire a kísérlet befejeződik, ha az axionos sötét anyag ott van, megtaláljuk.

A sötét anyag WIMPS -ből, steril neutrínókból, axionokból vagy más, eddig figyelembe nem vett részecskékből állhat. A kutatók szerint több részecske kombinációjaként is létezhet.

'Egy olyan világegyetemben lehetünk, ahol 50 százalékos WIMP -k és 50 százalékban steril neutrínók vannak' - mondta Horiuchi. - Nem ütköznek egymással.

Rybka azt is megjegyezte, hogy csapata számított arra a lehetőségre, hogy az axionok a sötét anyag bizonyos részét, de nem mindenét alkotják, ennek megfelelően hangolva a keresést.

A legtöbb tudós szeretné látni a sötét anyag csábító rejtélyét, függetlenül attól, hogy mi a részecske vagy ki találja meg.

- Tudni akarom, ki a sötét anyag, és nem érdekel, ki fedezi fel - mondta Cabrera.

Érzelmeit más tudósok is megismételték, de Rybka azt mondta, hajlandó más lenni.

- Legszívesebben először a sötét anyagot keresném - mondta mosolyogva.

Kövess minket @Spacedotcom , Facebook vagy Google+ . Eredetileg közzétéve demokratija.eu.