За първи път в света физиците стесняват възможната маса на тъмната материя

Sombrero Galaxy, идеален обект за изчисляване на скоростта на въртене на галактиката. (НАСА/Екип на наследството на Хъбъл/STScI/AURA)

Може да не знаем какво тъмна материя е, но учените вече имат по-добра представа какво да търсят.

Въз основа на квантовата гравитация, физиците са разработили нови, много по-строги горни и долни граници на масата на частиците тъмна материя. И те са открили, че масовият диапазон е много по-тесен, отколкото се смяташе досега.

Това означава, че кандидатите за тъмна материя, които са изключително леки или тежки, е малко вероятно да бъдат отговорът, въз основа на сегашното ни разбиране за Вселената.

„Това е първият път, когато някой се сеща да използва това, което знаем за квантовата гравитация, като начин за изчисляване на обхвата на масата на тъмната материя. Бяхме изненадани, когато разбрахме, че никой не го е правил преди - както и колегите учени, преглеждащи нашата статия,' каза физикът и астроном Ксавие Калмет от университета в Съсекс във Великобритания.

„Това, което направихме, показва, че тъмната материя не може да бъде нито „свръхлека“, нито „свръхтежка“, както някои теоретизират – освен ако върху нея действа все още неизвестна допълнителна сила. Това изследване помага на физиците по два начина: фокусира зоната за търсене на тъмна материя и потенциално също ще помогне да се разкрие дали има или не мистериозна неизвестна допълнителна сила във Вселената.

Тъмната материя безспорно е една от най-големите мистерии на Вселената, каквато я познаваме. Това е името, което даваме на мистериозна маса, отговорна за гравитационните ефекти, които не могат да бъдат обяснени с нещата, които можем да открием по друг начин - нормалната материя като звезди, прах и галактики.

Например, галактиките се въртят много по-бързо, отколкото би трябвало, ако просто са гравитационно повлияни от нормалната материя в тях; гравитационните лещи - огъването на пространство-времето около масивни обекти - е много по-силно, отколкото би трябвало да бъде. Каквото и да създава тази допълнителна гравитация, е извън способността ни да открием директно.

Познаваме го само по гравитационния ефект, който оказва върху други обекти. Въз основа на този ефект знаем, че има много от него. Приблизително 80 процента от цялата материя във Вселената е тъмната материя. Нарича се тъмна материя, защото е тъмна. И също мистериозен.

Ние обаче знаем, че тъмната материя взаимодейства с гравитацията, така че Калмет и неговият колега, физик и астроном Фолкерт Кайперс от университета в Съсекс, се обърнаха към качествата на квантовата гравитация, за да се опитат да оценят обхвата на масата на хипотетична частица тъмна материя ( каквото и да е).

Квантовата гравитация, обясняват те, поставя редица граници върху това дали могат да съществуват частици тъмна материя с различни маси. Въпреки че нямаме прилична работеща теория, която да обединява обща теория на относителността Огъващото пространството описание на гравитацията с дискретната тънкост на квантовата физика, ние знаем, че всяко сливане на двете би отразявало определени основи и на двете. Като такива, частиците тъмна материя ще трябва да се подчиняват на квантовите гравитационни правила за това как частиците се разпадат или взаимодействат.

Чрез внимателно отчитане на всички тези граници, те успяха да изключат масови диапазони, които е малко вероятно да съществуват според настоящото ни разбиране за физиката.

Въз основа на предположението, че само гравитацията може да взаимодейства с тъмната материя, те определиха, че масата на частицата трябва да пада между 10-3електроволта и 107електроволти, в зависимост от спиновете на частиците и природата на взаимодействията на тъмната материя.

Това е безумно по-малко от 10-те-24електронволт до 1019гигаелектронволтов диапазон, който традиционно се приписва, казаха изследователите. И това е важно, защото до голяма степен изключва някои кандидати, като WIMP (слабо взаимодействащи масивни частици).

Ако такива кандидати по-късно се окажат виновниците зад мистерията с тъмната материя, според Калмет и Кайперс, това би означавало, че са повлияни от някаква сила, за която все още не знаем.

Това би било наистина страхотно, защото би насочило към нова физика - нов инструмент за анализиране и разбиране на нашата Вселена.

Преди всичко ограниченията на екипа осигуряват нова рамка, която да се вземе предвид при търсенето на тъмна материя, като помага да се стесни къде и как да се търси.

„Като докторант е страхотно да мога да работя върху толкова вълнуващо и въздействащо изследване като това“, каза Кайперс . „Нашите открития са много добра новина за експериментаторите, тъй като ще им помогнат да се доближат до откриването на истинската природа на тъмната материя.“

Изследването е публикувано в Писма по физика B .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.