Neue Theorie legt nahe, dass Dunkle Materie ein außerdimensionaler kosmischer Flüchtling sein könnte

Dunkle Materie , die schwer fassbare Substanz, die den größten Teil der Masse im Universum ausmacht, könnte aus massiven Teilchen namens Gravitonen bestehen, die im ersten Moment nach dem ersten Mal entstanden Urknall .

Und diese hypothetischen Teilchen könnten kosmische Flüchtlinge aus Extradimensionen sein, so eine neue Theorie.

Die Berechnungen der Forscher deuten darauf hin, dass diese Partikel in genau den richtigen Mengen entstanden sein könnten, um dies zu erklären Dunkle Materie , das nur durch seine Anziehungskraft auf gewöhnliche Materie „gesehen“ werden kann.

„Massive Gravitonen entstehen durch Kollisionen gewöhnlicher Teilchen im frühen Universum.“

Man ging davon aus, dass dieser Prozess zu selten ist, als dass die massiven Gravitonen Kandidaten für Dunkle Materie wären“, sagte der Co-Autor der Studie, Giacomo Cacciapaglia, ein Physiker an der Universität Lyon in Frankreich, gegenüber WordsSideKick.com.

Aber in einer neuen Studie, die im Februar in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen Untersuchung , Cacciapaglia, zusammen mit den Physikern der Korea University Haiying Cai und Seung J. Lee, fanden heraus, dass im frühen Universum genügend dieser Gravitonen erzeugt worden wären, um die gesamte Dunkle Materie zu erklären, die wir derzeit im Universum entdecken.

Die Gravitonen, falls es sie gäbe, hätten eine Masse von weniger als 1 Megaelektronenvolt (MeV), also nicht mehr als die doppelte Masse eines Elektrons, so die Studie.

Dieses Massenniveau liegt deutlich unter dem Maßstab, in dem die Higgs-Boson erzeugt Masse für gewöhnliche Materie – was für das Modell von entscheidender Bedeutung ist, um genug davon zu produzieren, um die gesamte Dunkle Materie im Universum zu erklären. (Zum Vergleich: Das leichteste bekannte Teilchen, das Neutrino , wiegt weniger als 2 Elektronenvolt, während ein Proton demnach etwa 940 MeV wiegt Nationales Institut für Standards und Technologie .)

Das Team fand diese hypothetischen Gravitonen, als es nach Beweisen für zusätzliche Dimensionen suchte, von denen einige Physiker vermuten, dass sie neben den beobachteten drei Raumdimensionen und der vierten Dimension existieren. Zeit .

In der Theorie des Teams, wann Schwere breitet sich durch zusätzliche Dimensionen aus und materialisiert sich in unserem Universum als massive Gravitonen.

Diese Teilchen würden jedoch nur schwach mit gewöhnlicher Materie interagieren, und zwar nur über die Schwerkraft.

Diese Beschreibung ähnelt auf unheimliche Weise dem, was wir über Dunkle Materie wissen, die nicht mit Licht interagiert, aber überall im Universum einen gravitativen Einfluss hat. Dieser Gravitationseinfluss ist es beispielsweise, der verhindert, dass Galaxien auseinanderfliegen.

„Der Hauptvorteil massiver Gravitonen als Dunkle-Materie-Teilchen besteht darin, dass sie nur gravitativ interagieren und daher Versuchen, ihre Anwesenheit nachzuweisen, entgehen können“, sagte Cacciapaglia.

Im Gegensatz dazu sind andere vorgeschlagene Kandidaten für dunkle Materie – wie schwach wechselwirkende massive Teilchen, Axionen usw Neutrinos – könnten auch durch ihre sehr subtilen Wechselwirkungen mit anderen Kräften und Feldern spürbar sein.

Die Tatsache, dass massive Gravitonen über die Schwerkraft kaum mit den anderen Teilchen und Kräften im Universum interagieren, bietet einen weiteren Vorteil.

„Aufgrund ihrer sehr schwachen Wechselwirkungen zerfallen sie so langsam, dass sie über die gesamte Lebensdauer des Universums stabil bleiben“, sagte Cacciapaglia. „Aus dem gleichen Grund entstehen sie langsam während der Expansion des Universums und sammeln sich dort bis heute an.“

In der Vergangenheit hielten Physiker Gravitonen für unwahrscheinliche Kandidaten für die Dunkle Materie, da die Prozesse, die sie erzeugen, äußerst selten sind. Infolgedessen würden Gravitonen mit viel geringerer Geschwindigkeit erzeugt als andere Teilchen.

Aber das Team fand das in der Pikosekunde (Billionstelsekunde) nach dem Urknall , wären mehr dieser Gravitonen entstanden, als frühere Theorien vermuten ließen.

Diese Verstärkung reichte für massive Gravitonen aus, um die Menge an Dunkler Materie, die wir im Universum entdecken, vollständig zu erklären, so die Studie.

„Die Verbesserung war ein Schock“, sagte Cacciapaglia. „Wir mussten viele Überprüfungen durchführen, um sicherzustellen, dass das Ergebnis korrekt war, da es zu einem Paradigmenwechsel in der Art und Weise führt, wie wir massive Gravitonen als potenzielle Kandidaten für dunkle Materie betrachten.“

Denn unterhalb der Energieskala bilden sich massive Gravitonen Higgs-Boson Sie sind von Unsicherheiten im Zusammenhang mit höheren Energieskalen befreit, die die aktuelle Teilchenphysik nicht sehr gut beschreibt.

Die Theorie des Teams verbindet die an Teilchenbeschleunigern wie dem untersuchte Physik Large Hadron Collider mit der Physik der Schwerkraft.

Das bedeutet, dass leistungsstarke Teilchenbeschleuniger wie der Future Circular Collider am CERN, der 2035 seinen Betrieb aufnehmen soll, nach Beweisen für diese potenziellen Teilchen der Dunklen Materie suchen könnten.

„Wahrscheinlich ist die beste Chance, die wir haben, zukünftige hochpräzise Teilchenbeschleuniger“, sagte Cacciapaglia. „Das ist etwas, was wir derzeit untersuchen.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Live-Wissenschaft . Lies das Originalartikel hier .