Vo svetovej premiére fyzici zužujú možnú masu temnej hmoty

Možno nevieme čo temná hmota je, ale vedci teraz majú lepšiu predstavu o tom, čo hľadať.

Na základe kvantovej gravitácie fyzici vypracovali nové, oveľa prísnejšie horné a dolné limity hmotnosti častíc tmavej hmoty. A zistili, že hmotnostný rozsah je oveľa užší, než sa pôvodne predpokladalo.

To znamená, že kandidáti na temnú hmotu, ktorí sú buď extrémne ľahkí alebo ťažkí, pravdepodobne nebudú odpoveďou na základe nášho súčasného chápania vesmíru.

„Toto je prvýkrát, čo niekoho napadlo použiť to, čo vieme o kvantovej gravitácii, ako spôsob výpočtu hmotnostného rozsahu tmavej hmoty. Boli sme prekvapení, keď sme si uvedomili, že to ešte nikto neurobil – rovnako ako kolegovia vedci, ktorí hodnotili náš článok,“ povedal fyzik a astronóm Xavier Calmet z University of Sussex vo Veľkej Británii.

„To, čo sme urobili, ukazuje, že tmavá hmota nemôže byť ani „ultraľahká“, ani „superťažká“, ako niektorí teoretizujú – pokiaľ na ňu nepôsobí zatiaľ neznáma dodatočná sila. Tento výskum pomáha fyzikom dvoma spôsobmi: zameriava oblasť hľadania na temnú hmotu a potenciálne tiež pomôže odhaliť, či vo vesmíre existuje alebo nie je záhadná neznáma dodatočná sila.'

Temná hmota je nepochybne jednou z najväčších záhad vesmíru, ako ho poznáme. Je to názov, ktorý dávame záhadnej hmote zodpovednej za gravitačné efekty, ktoré nemožno vysvetliť materiálmi, ktoré môžeme detekovať inými prostriedkami - normálnou hmotou, ako sú hviezdy, prach a galaxie.

Napríklad galaxie rotujú oveľa rýchlejšie, ako by mali, keby boli len gravitačne ovplyvňované normálnou hmotou v nich; gravitačná šošovka - ohýbanie časopriestoru okolo masívnych objektov - je oveľa silnejšia, ako by mala byť. Čokoľvek vytvára túto dodatočnú gravitáciu, je mimo našu schopnosť priamo odhaliť.

Poznáme to len podľa gravitačného účinku, ktorý má na iné objekty. Na základe tohto efektu vieme, že je toho tam veľa. Zhruba 80 percent všetka hmota vo vesmíre je temná hmota. Nazýva sa to temná hmota, pretože je tmavá. A tiež tajomný.

Vieme však, že temná hmota interaguje s gravitáciou, takže Calmet a jeho kolega, fyzik a astronóm Folkert Kuipers z University of Sussex, sa obrátili na kvality kvantovej gravitácie, aby sa pokúsili odhadnúť hmotnostný rozsah hypotetickej častice temnej hmoty ( čokoľvek to môže byť).

Vysvetľujú, že kvantová gravitácia kladie množstvo hraníc na to, či môžu existovať častice temnej hmoty rôznych hmotností. Zatiaľ čo nemáme slušnú fungujúcu teóriu, ktorá by spájala všeobecná relativita Vieme, že pri opise gravitácie o ohýbaní priestoru s diskrétnym objemom kvantovej fyziky, vieme, že akékoľvek splynutie týchto dvoch by odrážalo určité základy oboch. Častice tmavej hmoty ako také by sa museli podriadiť kvantovým gravitačným pravidlám o tom, ako sa častice rozpadajú alebo interagujú.

Starostlivým zohľadnením všetkých týchto hraníc boli schopní vylúčiť rozsahy hmotnosti, ktoré by podľa nášho súčasného chápania fyziky pravdepodobne neexistovali.

Na základe predpokladu, že iba gravitácia môže interagovať s temnou hmotou, určili, že hmotnosť častice by mala klesnúť medzi 10^-3elektrónvolty a 10⁷elektrónvoltov, v závislosti od spinov častíc a povahy interakcií temnej hmoty.

To je šialene menšie ako 10^-24elektrónvolt na 10¹⁹Gigaelektrónvoltový rozsah tradične pripisovaný, uviedli vedci. A to je dôležité, pretože to do značnej miery vylučuje niektorých kandidátov, ako sú WIMP (slabo interagujúce masívne častice).

Ak sa takíto kandidáti neskôr ukážu ako vinník tajomstva temnej hmoty, podľa Calmeta a Kuipersa by to znamenalo, že sú ovplyvnení nejakou silou, o ktorej ešte nevieme.

To by bolo naozaj skvelé, pretože by to poukázalo na novú fyziku – nový nástroj na analýzu a pochopenie nášho vesmíru.

Predovšetkým obmedzenia tímu poskytujú nový rámec na zváženie pri hľadaní temnej hmoty, čo pomáha zúžiť, kde a ako hľadať.

„Ako doktorand je skvelé, že môžem pracovať na tak vzrušujúcom a pôsobivom výskume, ako je tento,“ povedal Kuipers . 'Naše zistenia sú veľmi dobrou správou pre experimentátorov, pretože im pomôžu priblížiť sa k odhaleniu skutočnej podstaty temnej hmoty.'

Výskum bol publikovaný v r Písmená z fyziky B .