Nová dimenze při hledání porozumění temné hmotě

Výzkumný program temné hmoty UC Riverside si klade za cíl vytvářet předpoklady o částicové fyzice.

Jak název napovídá, temná hmota – materiál, který tvoří asi 85% hmoty vesmíru – nevyzařuje světlo, což uniká snadné detekci. Jeho vlastnosti také zůstávají ve tmě.

Teď má teoretický částicový fyzik z University of California v Riverside a jeho kolegové výzkumný projekt Journal of High Energy Physics to ukazuje, jak by teorie, které postulují existenci nového druhu síly, mohly pomoci vysvětlit vlastnosti temné hmoty.

„Žijeme v oceánu temné hmoty, ale víme jen velmi málo o tom, co by to mohlo být,“ řekl Flip Tanedo, odborný asistent fyziky a astronomie a hlavní autor studie. “Je to jedna z nejnepříjemnějších neznámých v přírodě.” Víme, že existuje, ale nevíme, jak ji hledat nebo proč se neobjevila tam, kde jsme ji očekávali. “

Fyzici používají teleskopy, obrovské experimenty v podzemí a urychlovače za posledních 30 let, aby se dozvěděli více o temné hmotě, a to navzdory nedostatku pozitivních důkazů. Negativní důkazy však přinutily teoretické fyziky jako Tanedo kreativněji přemýšlet o tom, co by temná hmota mohla být.

Překlopte Tanedo

Flip Tanedo je odborným asistentem fyziky a astronomie na UC Riverside. Fotografický kredit: Thomas Wasper

Nový výzkum, který naznačuje existenci další dimenze v časoprostoru pro hledání temné hmoty, je součástí probíhajícího výzkumného programu na UC Riverside vedeného Tanedem. Podle této teorie se některé částice v temné hmotě nechovají jako částice. Ve skutečnosti neviditelné částice interagují s ještě neviditelnějšími částicemi takovým způsobem, že se již nechovají jako částice.

„Cílem mého výzkumného programu za poslední dva roky je rozšířit myšlenku„ mluvení “temné hmoty o temné síly,“ řekl Tanedo. “Za posledních deset let fyzikové uznali, že kromě temné hmoty mohou interakce temné hmoty určovat i skryté temné síly.” To by mohlo zcela přepsat pravidla pro hledání temné hmoty. “

Když jsou k sobě přitahovány nebo odpuzovány dvě částice temné hmoty, působí temné síly. Tanedo vysvětlil, že temné síly jsou matematicky popsány teorií s dalšími rozměry a vypadají jako kontinuum částic, které by mohly vyřešit hádanky viděné v malých galaxiích.

„Náš probíhající výzkumný program na UCR je dalším zobecněním návrhu Temné síly,“ řekl. “Náš pozorovaný vesmír má tři prostorové dimenze.” Navrhujeme, aby mohla existovat čtvrtá dimenze, o které vědí jen temné síly. Přidaná dimenze může vysvětlit, proč se temná hmota tak dobře skrývala před našimi pokusy studovat ji v laboratoři. “

Flip Tanedo, Sylvain Fichet a Hai-Bo Yu

Na fotografii jsou Flip Tanedo (vlevo), Sylvain Fichet (uprostřed) a Hai-Bo Yu. Fotografický kredit: Flip Tanedo, UC Riverside

Tanedo vysvětlil, že zatímco další dimenze mohou znít jako exotická myšlenka, ve skutečnosti jde o matematický trik používaný k popisu „teorií konformního pole“ – běžných trojrozměrných teorií, které jsou silně kvantově mechanické. Tyto typy teorií jsou matematicky bohaté, ale neobsahují konvenční částice, a proto se obvykle nepovažují za relevantní pro popis přírody. Matematická ekvivalence mezi těmito sofistikovanými trojrozměrnými teoriemi a zvládnutelnější mimodimenzionální teorií je známá jako holografický princip.

„Protože tyto teorie konformního pole byly trvalé a neobvyklé, nebyly ve skutečnosti systematicky aplikovány na temnou hmotu,“ dodal Tanedo. „Místo toho, abychom používali tento jazyk, pracujeme s holografickou extradimenzionální teorií.“

Klíčovým rysem extradimenzionální teorie je, že síla mezi částicemi temné hmoty je popsána nekonečným počtem různých částic s různými hmotami nazývaných kontinuum. Oproti tomu jsou běžné síly popsány jediným typem částice s pevnou hmotou. Tato třída temných sektorů kontinua je pro Tanedo vzrušující, protože vytváří něco „čerstvého a jiného“.

Podle Taneda se předchozí práce na tmavých sektorech zaměřila hlavně na teorie, které napodobují chování viditelných částic. Jeho výzkumný program zkoumá extrémnější typy teorií, které většina fyziků částic považovala za méně zajímavé, snad proto, že v reálném světě neexistují žádné analogy.

V Tanedově teorii se síla mezi částicemi temné hmoty překvapivě liší od sil běžné hmoty.

“S gravitační silou nebo elektrickou silou, kterou učím v mém úvodním kurzu fyziky, zdvojnásobíte vzdálenost mezi dvěma částicemi, síla se sníží čtyřnásobně.” Síla kontinua je naopak snížena o faktor osm. “

Jaké jsou účinky této extra-dimenzionální temné síly? Jelikož běžná hmota nemůže s touto temnou silou interagovat, obrátil se Tanedo k myšlence na sebeinteragující temnou hmotu, myšlenku navrhl Hai-Bo Yu, docent fyziky a astronomie na UCR, který není spoluautorem článku, byl vyvinut. Yu ukázal, že účinky těchto temných sil lze pozorovat také nepřímo ve sférických trpasličích galaxiích bez interakcí s normální hmotou. Tanedův tým zjistil, že síla kontinua může reprodukovat pozorované pohyby hvězd.

„Náš model jde dále a usnadňuje vysvětlování kosmického původu temné hmoty než samointeraktivní model temné hmoty,“ řekl Tanedo.

Dále Tanedův tým prozkoumá verzi modelu „temného fotonu“ s kontinuem.

„Je to realističtější obrázek temné síly,“ řekl Tanedo. “Temné fotony byly studovány velmi podrobně, ale náš extra-dimenzionální rámec má několik překvapení.” Budeme se také zabývat kosmologií temných sil a fyzikou černých děr. “

Tanedo pilně pracoval na identifikaci „slepých míst“ při hledání temné hmoty svého týmu.

„Můj výzkumný program se zaměřuje na jeden z předpokladů, které vycházíme z fyziky částic: že interakce částic je dobře popsána výměnou více částic,“ řekl. “I když to platí pro běžnou hmotu, není důvod předpokládat, že jde o temnou hmotu.” Jejich interakce lze popsat kontinuem vyměňovaných částic místo výměny jediného typu silové částice. “

Odkaz: „Samointeragující temná hmota zprostředkovaná kontinuem“ od Iana Chaffeye, Sylvaina Ficheta a Philipa Taneda, 1. června 2021, Journal of High Energy Physics.
DOI: 10,1007 / JHEP06 (2021) 008

Tanedo zkoumal postdoktorand Ian Chaffey, který s Tanedem spolupracoval; a Sylvain Fichet, postdoktorand v Mezinárodním centru pro teoretickou fyziku – Jihoamerický institut pro základní výzkum v Brazílii.

Výzkum byl financován americkým ministerstvem energetiky.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.