Уперше у світі фізики звужують можливу масу темної матерії

 

Фото / sciencealert.com

Ми можемо не знати, що таке темна матерія, але вчені тепер мають краще уявлення про те, що шукати.

На основі квантової гравітації фізики розробили нові, набагато жорсткіші верхні та нижні межі частинок темної речовини. І вони виявили, що діапазон мас набагато жорсткіший, ніж вважалося раніше.

Читайте також: Квантова біологія може допомогти розгадати деякі з найбільших загадок життя

Це означає, що кандидати темної матерії, які є надзвичайно легкими або важкими, навряд чи можуть бути відповіддю, виходячи з сучасного нам розуміння Всесвіту.

"Це перший раз, коли хтось задумався використовувати те, що ми знаємо про квантову гравітацію, як спосіб обчислення діапазону маси темної матерії. Ми були здивовані, коли зрозуміли, що ніхто цього раніше не робив - як і колеги вчені, які проводили огляд наш документ ", - сказав фізик і астроном Ксав'єр Кальмет з Університету Сассекса у Великобританії.

"Те, що ми зробили, показує, що темна матерія не може бути ні" надлегкою ", ні" надважкою ", як деякі теорії - якщо на неї не діє поки що невідома додаткова сила. Це дослідження допомагає фізикам у двох шляхи: він фокусує область пошуку темної матерії, і потенційно також допоможе виявити, чи існує у Всесвіті таємнича невідома додаткова сила ".

Темна матерія, безперечно, є однією з найбільших загадок Всесвіту, яким ми її знаємо. Це ім’я, яке ми даємо таємничій масі, відповідальній за гравітаційні ефекти, що неможливо пояснити речовиною, яку ми можемо виявити іншими способами - звичайною речовиною, такою як зірки, пил і галактики.

Наприклад, галактики обертаються набагато швидше, ніж мали б, якби на них просто впливав гравітаційний вплив нормальної речовини в них; гравітаційне лінзування - згинання простору-часу навколо масивних предметів - набагато сильніше, ніж мало б бути. Що б не створювало цю додаткову гравітацію, це за межами нашої можливості безпосереднього виявлення.

Ми знаємо це лише за допомогою гравітаційного впливу, який він чинить на інші об’єкти. Виходячи з цього ефекту, ми знаємо, що його там багато. Приблизно 80 відсотків усієї матерії у Всесвіті - це темна матерія. Це називається темною матерією, бо, ну, це темна. А також загадковий.

Однак ми знаємо, що темна речовина взаємодіє з гравітацією, тому Кальмет та його колега, фізик і астроном Фолькерт Кайперс із Університету Сассекса, звернулися до якостей квантової гравітації, щоб спробувати оцінити діапазон маси гіпотетичної частинки темної речовини ( що б це не було).

Пояснюють вони, що квантова гравітація накладає ряд меж на те, чи можуть існувати частинки темної речовини різної маси. Хоча у нас немає гідної робочої теорії, яка б поєднувала опис гравітації загальної теорії відносності з дискретною товщиною квантової фізики, ми знаємо, що будь-яке поєднання двох буде відображати певні основи обох. Таким чином, частинки темної матерії повинні підкорятися квантовим гравітаційним правилам щодо того, як частинки руйнуються або взаємодіють.

Ретельно враховуючи всі ці межі, вони змогли виключити масові діапазони, які навряд чи існуватимуть за сучасним розумінням фізики.

Виходячи з припущення, що тільки гравітація може взаємодіяти з темною речовиною, вони визначили, що маса частинки повинна падати між 10-3 електронвольтами та 107 електронвольтами, залежно від спінів частинок та характеру взаємодії темної речовини.

Це шалено менше, ніж 10-24 електрон-вольт до 1019 гігаелектронвольт, що традиційно приписується, стверджують дослідники. І це важливо, оскільки воно в основному виключає деяких кандидатів, таких як WIMP (слабо взаємодіючі масивні частинки).

Якщо такі кандидати пізніше виявляться винуватцем таємниці темної матерії, на думку Кальмета і Кайперса, це означало б, що на них впливає якась сила, про яку ми поки не знаємо.

Це було б дійсно круто, оскільки це вказувало б на нову фізику - новий інструмент для аналізу та розуміння нашого Всесвіту.

Читайте також: 10 досягнень українських науковців у 2020 році: тести на COVID-19, наноантисептик, радіотелескоп та захист садів

Перш за все, обмеження команди дають нову структуру, яку слід враховувати у пошуку темної матерії, допомагаючи звузити, де і як шукати.

"Як аспірант, чудово мати можливість працювати над такими захоплюючими та вражаючими дослідженнями", - сказав Куйперс. "Наші висновки є дуже хорошою новиною для експериментаторів, оскільки вони допоможуть їм наблизитися до відкриття справжньої природи темної матерії".

Джерело