Новая теория предполагает, что темная материя может быть дополнительным космическим беженцем

темная материянеуловимая материя, составляющая большую часть массы Вселенной, может состоять из массивных частиц, называемых гравитонами, которые впервые возникли в первое мгновение после большой взрыв.

Новая теория предполагает, что эти виртуальные частицы могут быть космическими беженцами из дополнительных измерений.

Расчеты исследователей показывают, что эти частицы могли образоваться в нужных количествах, чтобы объяснить темная материякоторые можно «увидеть» только по их гравитации на обычном веществе.

«Массивные гравитоны образуются в результате столкновений обычных частиц в ранней Вселенной.

Этот процесс считается слишком редким, чтобы массивные гравитоны могли быть кандидатами на темную материю», — сказал Live Science соавтор исследования Джакомо Каччаглиа, физик из Лионского университета во Франции.

Но в новом исследовании, опубликованном в феврале в журнале Письма о физическом обзореКаччапалья вместе с физиками из Корейского университета Хайин Цаем и Сыном Дж. Ли обнаружили, что достаточное количество этих гравитонов было синтезировано в ранней Вселенной, чтобы объяснить всю темную материю, которую мы в настоящее время обнаруживаем во Вселенной.

Исследование показало, что гравитоны, если они присутствуют, будут иметь массу менее 1 мегаэлектронвольта (МэВ), то есть не более чем в два раза больше массы электрона.

Этот уровень массы намного ниже масштаба, на котором бозон Хиггса Он порождает массу обычной материи, что необходимо для того, чтобы модель произвела достаточное количество материи для объяснения всей темной материи во Вселенной. (Для сравнения, самая легкая известная частица нейтриновесит менее 2 МэВ, а протон весит около 940 МэВ, согласно Национальный институт стандартов и технологий.)

Команда обнаружила эти гипотетические гравитоны во время поиска свидетельств существования дополнительных измерений, которые, как подозревают некоторые физики, существуют наряду с наблюдаемыми тремя измерениями пространства и четвертым. время.

В теории команды, когда сила тяжести Он распространяется через дополнительные измерения и воплощается в нашей Вселенной в виде массивных гравитонов.

Но эти частицы будут слабо взаимодействовать с обычным веществом и только силой тяжести.

Это описание до жути похоже на то, что мы знаем о темной материи, которая не взаимодействует со светом, но обладает гравитационным эффектом, который ощущается повсюду во Вселенной. Этот гравитационный эффект, например, мешает галактикам разлетаться.

«Главное преимущество массивных гравитонов как частиц темной материи заключается в том, что они взаимодействуют только посредством гравитации и, таким образом, могут избежать попыток обнаружить их присутствие», — сказал Каччиапалия.

Напротив, были предложены другие кандидаты в темную материю, такие как взаимодействие слабых массивных частиц, аксонов и нейтрино Их также можно почувствовать через их очень тонкое взаимодействие с другими силами и доменами.

Тот факт, что массивные гравитоны почти не взаимодействуют посредством гравитации с другими частицами и силами во Вселенной, дает еще одно преимущество.

«Из-за их очень слабого взаимодействия они распадаются так медленно, что остаются стабильными на протяжении всей жизни Вселенной. По той же причине они медленно производятся во время расширения Вселенной и накапливаются там до сегодняшнего дня», — сказал Каччапалья.

В прошлом физики считали гравитоны вероятным кандидатом в темную материю, потому что процессы, которые их производят, очень редки. В результате гравитоны будут генерироваться гораздо медленнее, чем другие частицы.

Но команда обнаружила, что через пикосекунды (триллионные доли секунды) после большой взрывОднако таких гравитонов могло быть создано больше, чем предполагали предыдущие теории.

Исследование показало, что этого импульса было достаточно для массивных гравитонов, чтобы точно объяснить, сколько темной материи мы находим во Вселенной.

«Подкрепление было шоком», — сказал Качиапалия. «Нам пришлось провести множество тестов, чтобы убедиться, что результат был правильным, поскольку это приводит к сдвигу парадигмы в том, как мы рассматриваем массивные гравитоны в качестве потенциальных кандидатов на роль темной материи».

Поскольку массивные гравитоны образуются по шкале энергий в бозон Хиггсаосвобожденный от неопределенности, связанной с более высокими масштабами энергии, которые современная физика частиц плохо описывает.

Теория команды связывает физику, изучаемую в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер С физикой гравитации.

Это означает, что мощные ускорители частиц, такие как Будущий круговой коллайдер в ЦЕРН, который должен начать работу в 2035 году, могут искать доказательства существования частиц потенциальной темной материи.

«Вероятно, это наш лучший шанс на столкновения частиц с высоким разрешением в будущем», — сказал Качиапалия. «Это то, что мы в настоящее время расследуем».

Эта статья была первоначально опубликована живые науки. Читать Оригинал статьи здесь.