Exotické častice môžu obsahovať stopy tajomnej temnej hmoty

Tento obrázok Hubbleovho vesmírneho teleskopu NASA ukazuje rozloženie temnej hmoty v strede obrovskej kupy galaxií Abell 1689, obsahujúcej asi 1 000 galaxií a bilióny hviezd. Temná hmota je neviditeľná forma hmoty, ktorá tvorí väčšinu

Tento obrázok Hubbleovho vesmírneho teleskopu NASA ukazuje rozloženie temnej hmoty v strede obrovskej kupy galaxií Abell 1689, obsahujúcej asi 1 000 galaxií a bilióny hviezd. Temná hmota je neviditeľná forma hmoty, ktorá tvorí väčšinu hmoty vesmíru. (Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech/ESA/Astrofyzikálny ústav Andalúzie, Univerzita Baskicko/JHU)



Temná hmota tvorí asi 80 percent hmotnosti vesmíru, ale vedci stále nevedia, čo je to za čudné veci.



Vedci navrhli množstvo častíc ako kandidátske zložky záhadných temná hmota , ktorý je pomenovaný tak, pretože zjavne nevyžaruje ani neabsorbuje svetlo. Lov prebieha a hľadá a charakterizuje tieto exotické častice, od WIMPS po sterilné neutrína až po axióny.

'Teoretický priestor pre to, čo môže byť temná hmota, je obrovský,' povedal Shunsaku Horiuchi z Kalifornskej univerzity v Irvine na tlačovej konferencii na aprílovom stretnutí Americkej fyzikálnej spoločnosti v Savannah v štáte Georgia. [ Vysvetlenie temnej hmoty (infografika) ]



Astronómovia vedia viac o tom, čo temná hmota nie je, ako v skutočnosti je. Pozrite sa, čo vedci vedia o temnej hmote v tejto infografike demokratija.eu.

Astronómovia vedia viac o tom, čo temná hmota nie je, ako v skutočnosti je. Pozrite sa, čo vedci vedia o temnej hmote v tejto infografike demokratija.eu .(Obrazový kredit: Karl Tate, umelec infografiky demokratija.eu)

Silný prípad pre WIMP



Kedy veľký tresk pred 13,8 miliardami rokov vytvoril vesmír, častice temnej hmoty sa vyrábali spolu s „normálnou“ hmotou, ktorú môžeme vidieť a dotknúť sa jej. Zrážky častíc temnej hmoty síce mnohé častice zničili, ale ako sa vesmír ochladzoval a rozpínal, rýchlosť kolízií sa spomaľovala a zanechala za sebou temnú hmotu, ktorá dnes existuje, tvrdia vedci.

Slabé interakcie masívnych častíc (WIMP), ktoré boli prvýkrát navrhnuté v 80. rokoch minulého storočia, sú možno hlavným kandidátom na temnú hmotu. WIMP sú asi 100 krát hmotnejšie ako elektróny a vzájomne pôsobia prostredníctvom gravitácie a slabej jadrovej sily. WIMP neinteragujú silne s normálnou hmotou, ale interagujú navzájom, pričom pri tomto procese vytvárajú detegovateľné gama lúče.

Jeden z mnohých hľadaných detektorov WIMPs je riadená spoluprácou Coherent Germanium Neutrino Technology (CoGeNT). Detektor CoGeNT sedí hlboko v podzemí v bani Soudan v Minnesote, chránený pred rušením pozadia. Kryštál prvku germania sedí v krabici a čaká na vzácnu kolíziu medzi prichádzajúcou časticou WIMP a jadrom jedného atómu v detektore. Zrážka spôsobí spätný ráz, ktorý generuje malé množstvo merateľnej energie.



Blas Cabrera zo Stanfordskej univerzity predstavil aktualizáciu hľadania temnej hmoty v rámci spolupráce CoGeNT. Výmenou kremíkových detektorov za germánium hlási väčšiu dôveru vo výsledky tímu.

Nedávno iný tím preskúmal údaje CoGeNT a myslel si, že našli WIMP. Tím CoGeNT však analýzu zopakoval a našiel WIMP vo viacerých detektoroch - znak, povedal Cabrera, že detekcia nebola potenciálnymi časticami tmavej hmoty.

'WIMP by mali interagovať tak slabo, že nikdy nebudú interagovať v dvoch detektoroch,' povedala Cabrera.

Namiesto toho sa domnieva, že signálmi bol šum v pozadí, čo viedlo tím k zlepšeniu modelovania údajov.

Zatiaľ neboli potvrdené žiadne potenciálne detekcie WIMP - ale slúži to na zúženie možných interakcií.

'Pretože sa skúmajú centrálne oblasti pre model WIMP a WIMP sa nenachádzajú, znamená to, že je pre nás dôležité rozšíriť vyhľadávanie medzi všetkými možnými interakciami medzi temnou hmotou a jadrami,' povedal Cabrera.

Trpasličie galaxie, ako napríklad tento sférický satelit Mliečnej dráhy, sú považované za hlavný zdroj hostiteľskej temnej hmoty.

Trpasličie galaxie, ako napríklad tento sférický satelit Mliečnej dráhy, sú považované za hlavný zdroj hostiteľskej temnej hmoty.(Obrazový kredit: ESO / Digital Sky Survey 2)

Plodné sterilné neutrína

Ďalším potenciálnym zdrojom temnej hmoty sú sterilné neutrína, hypotetické častice, ktoré reagujú iba na gravitačné sily. Častice sú malé, menej ako miliardtina hmotnosti protónu.

'Sterilné neutrína sú motivované vysvetliť neutrínové masy, ako sú aktívne neutrínové hmoty také malé,' povedal Horiuchi.

Vyrobené v zrod vesmíru sterilné neutrína nebudú interagovať s časticami, ktoré nie sú neutrínami. Namiesto toho sa pri rozpade röntgenového žiarenia pomaly rozpadali.

Vedci očakávajú, že temná hmota ovládne trpasličie galaxie, ako sú tie, ktoré obklopujú Mliečnu cestu. [Ohromujúce fotografie našej galaxie Mliečna dráha (galéria)]

'Najlepšie merania pochádzajú z röntgenového žiarenia a sú malé.' galaxie “Povedal Horiuchi.

Oznámil, že vo februári dva nezávislé články oznámili detekciu röntgenových čiar v rôznych hustotách temnej hmoty, ktoré nie sú vysvetlené astrofyzikálnymi udalosťami. Oba dokumenty, ktoré boli publikované online a zatiaľ neboli podrobené partnerskému preskúmaniu, skonštruovali model vytvorený sterilným rozpadom neutrín, ktorý vyhovuje pozorovaným detekciám oveľa lepšie ako akékoľvek astronomické zdroje.

Axióny sú všade

Tretím možným zdrojom temnej hmoty sú axióny, hypotetické častice predpovedané v dôsledku jadrovej fyziky. Ich nízka hmotnosť a teoretický vysoký počet vedcov viedli vedcov k tomu, že ich navrhli ako potenciálnu temnú hmotu, aj keď by mohli dobre existovať a nebyť súčasťou záhadnej hmoty vesmíru.

Axióny majú životnosť dlhšiu ako je vek vesmíru a mali by existovať všade okolo nás. Gray Rybka z Washingtonskej univerzity hovorí, že 100 quadrillion (1017) do šálky kávy by sa zmestili axióny.

Rybka pracuje na experimente Axion Dark Matter Experiment (ADMX) a hľadá osi pomocou veľkého supravodivého magnetu. Keď sa axióny zrazia s magnetickým poľom a odrazia sa od nich, mali by vytvoriť detekovateľné fotóny biliónovú veľkosť elektrónu. Ladiace tyče môžu meniť frekvenciu magnetu, čo umožňuje experimentu hľadať osi na rôznych frekvenciách.

'Experiment funguje veľmi podobne ako rádio AM, ladí frekvenciu a snaží sa nájsť vašu stanicu,' povedala Rybka.

Pri prevádzke pri kryogénnych teplotách sa ADMX vyhýba hľadaniu osí v oblastiach, ktoré už iné experimenty s temnou hmotou vylúčili, namiesto toho sa zameriava na zostávajúce potenciálne hmotnosti v priebehu nasledujúcich šiestich rokov.

'Budeme hľadať v celej pravdepodobnej oblasti tmavú hmotu axiónu,' povedal Rybka. 'Keď bude experiment dokončený, ak je tam tmavá hmota axiónu, nájdeme ho.'

Temná hmota môže pozostávať z WIMPS, sterilných neutrín, axiónov alebo iných častíc, ktoré ešte neboli zvážené. Podľa vedcov môže existovať aj ako kombinácia niekoľkých častíc.

'Mohli by sme byť vo vesmíre s 50 percentami WIMP, 50 percent sterilných neutrín,' povedal Horiuchi. 'Nie sú navzájom v rozpore.'

Rybka tiež poznamenal, že jeho tím očakával „možnosť, že axióny tvoria zlomok, ale nie celú temnú hmotu“, podľa toho upravil svoje vyhľadávanie.

Väčšina vedcov chce vidieť dráždivé tajomstvo temnej hmoty vyriešené bez ohľadu na to, ktorá častica je alebo kto ju nájde.

'Chcem vedieť, kto je temná hmota, a je mi jedno, kto ju objaví,' povedala Cabrera.

Jeho sentiment zopakovali aj iní vedci, ale Rybka povedal, že je ochotný byť iný.

„Najradšej by som najskôr našiel temnú hmotu,“ povedal s úsmevom.

Nasleduj nás @Spacedotcom , Facebook alebo Google+ . Pôvodne uverejnené dňa demokratija.eu.