Μια νέα διάσταση στο σύμπαν που βλέπουν μόνο οι σκοτεινές δυνάμεις

… και η σκοτεινή ύλη

Παρότι τo 25% του σύμπαντος συνίσταται από σκοτεινή ύλη γνωρίζουμε ελάχιστα πράγματα σχετικά με αυτή. Είναι αόρατη στα τηλεσκόπια γιατί δεν απορροφά ούτε εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ξέρουμε ότι υπάρχει, αφού αλληλεπιδρά βαρυτικά με την συνηθισμένη ύλη, αλλά μας απογοητεύει το γεγονός ότι δεν εμφανίζεται εκεί που την περιμένουμε – στους ανιχνευτές σκοτεινής ύλης.

Οι φυσικοί έχουν χρησιμοποιήσει τηλεσκόπια, γιγάντια υπόγεια πειράματα ανίχνευσης και επιταχυντές για να μάθουν περισσότερα για την σκοτεινή ύλη τα τελευταία 30 χρόνια, αλλά δεν προέκυψε κάποιο διαφωτιστικό νέο στοιχείο γι αυτήν. Αυτό αναγκάζει τους φυσικούς να λειτουργήσουν αντισυμβατικά κάνοντας νέες υποθέσεις, ώστε να καταλάβουν τι θα μπορούσε να είναι τελικά η σκοτεινή ύλη.

Ο ερευνητές Ian Chaffey, Sylvain Fichet & Philip Tanedo δημοσίευσαν πριν από λίγες ημέρες μια εργασία με τίτλο «Continuum-mediated self-interacting dark matter» , στην οποία προτείνεται η ύπαρξη μιας επιπλέον διάστασης στον χωροχρόνο για την ερμηνεία της σκοτεινής ύλης. Σύμφωνα με αυτήν τη θεωρία, μερικά από τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης δεν συμπεριφέρονται σαν τα γνωστά σωματίδια. Στην πραγματικότητα, αόρατα σωματίδια αλληλεπιδρούν με ακόμη πιο αόρατα σωματίδια με τέτοιο τρόπο ώστε τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης παύουν να συμπεριφέρονται σαν σωματίδια! Στην ουσία επεκτείνεται η ιδέα της σκοτεινής ύλης στην ιδέα των σκοτεινών δυνάμεων. Την τελευταία δεκαετία, οι φυσικοί υποθέτουν ότι κρυμμένες σκοτεινές δυνάμεις μπορεί να διέπουν τις αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης. Αυτές οι δυνάμεις θα μπορούσαν να μας δώσουν εντελώς νέους κανόνες για το πως θα έπρεπε να αναζητούμε την σκοτεινή ύλη.

Εάν δύο σωματίδια σκοτεινής ύλης έλκονται ή απωθούνται μεταξύ τους, τότε δρουν σκοτεινές δυνάμεις. Οι σκοτεινές δυνάμεις περιγράφονται μαθηματικά από μια θεωρία που χρησιμοποιεί επιπλέον διαστάσεις και εμφανίζονται μέσα από ένα συνεχές σωματιδίων φορέων της αλληλεπίδρασης.

Οι ερευνητές στη νέα εργασία γενικεύουν την υπόθεση της σκοτεινής δύναμης. Το παρατηρούμενο σύμπαν έχει τρεις χωρικές διαστάσεις. Προτείνουν την ύπαρξη μιας τέταρτης διάστασης που μόνο οι σκοτεινές δυνάμεις αντιλαμβάνονται. Και η επιπλέον διάσταση μπορεί να εξηγήσει γιατί δεν μπορούμε να ανιχνεύσουμε την σκοτεινή ύλη στο εργαστήριο.

Παρόλο που οι επιπλέον διαστάσεις μπορεί να ακούγονται ως μια εξωτική ιδέα, είναι στην πραγματικότητα ένα μαθηματικό τέχνασμα για να περιγράψουμε τις «θεωρίες σύμμορφου πεδίου» – τυπικές τρισδιάστατες θεωρίες κβαντικού πεδίου. Αυτού του είδους οι θεωρίες είναι πλούσιες μαθηματικά, αλλά δεν περιέχουν κλασικά σωματίδια και γι αυτό δεν χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της φύσης. Η μαθηματική ισοδυναμία μεταξύ αυτών των δύσκολων τρισδιάστατων θεωριών και μιας πιο εύχρηστης θεωρίας με επιπλέον διαστάσεις είναι γνωστή ως ολογραφική αρχή.

Δεδομένου ότι αυτές οι θεωρίες σύμμορφου πεδίου ήταν τόσο δύσχρηστες όσο και ασυνήθιστες, δεν είχαν δοκιμαστεί συστηματικά στην σκοτεινή ύλη. Έτσι προέκυψε η χρήση μιας ολογραφικής θεωρίας με επιπλέον διαστάσεις.

Η σκοτεινή ύλη μπορεί να αλληλεπιδράσει με τον εαυτό της διαμέσου ενός συνεχούς καταστάσεων χαμηλής μάζας. Αυτό συμβαίνει εφόσον η σκοτεινή ύλη συνδέεται με έναν σύμμορφο κρυφό τομέα.

Το βασικό χαρακτηριστικό της θεωρίας αυτής είναι ότι η δύναμη μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης περιγράφεται από έναν άπειρο αριθμό διαφορετικών σωματιδίων με διαφορετικές μάζες που αποκαλούνται συνεχές. Σε αντίθεση, οι συνηθισμένες δυνάμεις περιγράφονται από έναν μόνο τύπο σωματιδίου με μια καθορισμένη μάζα. Αυτή η κατηγορία σκοτεινών τομέων συνεχούς είναι ενδιαφέρουσα επειδή επιτυγχάνει κάτι «φρέσκο και διαφορετικό». Οι παλαιότερες εργασίες σχετικά με τους σκοτεινούς τομείς επικεντρώνονται κυρίως σε θεωρίες που μιμούνται τη συμπεριφορά των ορατών σωματιδίων. Η εργασία των Tanedo et al διερευνά τους πιο ακραίους τύπους θεωριών που οι περισσότεροι φυσικοί σωματιδίων τις βρίσκουν λιγότερο ενδιαφέρουσες, ίσως γιατί δεν εφαρμόζονται άμεσα στον πραγματικό κόσμο.

Σ’ αυτή τη θεωρία η δύναμη μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης είναι απροσδόκητα διαφορετική από τις δυνάμεις που αισθάνεται η συνηθισμένη ύλη. Για την βαρυτική δύναμη ή την ηλεκτροστατική δύναμη, όταν διπλασιάζετε την απόσταση μεταξύ δύο σωματιδίων, η δύναμη υποτετραπλασιάζεται. Μια συνεχής δύναμη, από την άλλη πλευρά, μειώνεται κατά έναν παράγοντα έως οκτώ.

Τι επιπτώσεις έχει αυτή η έξτρα διαστάσεων σκοτεινή δύναμη; Δεδομένου ότι η συνηθισμένη ύλη μπορεί να μην αλληλεπιδρά με αυτή τη σκοτεινή δύναμη, οι ερευνητές στράφηκαν στην ιδέα της σκοτεινής ύλης που αλληλεπιδρά με τον εαυτό της, μια ιδέα που εισήγαγε ο Hai-Bo Yu, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο UCR. Ο Yu έδειξε ότι ακόμη και αν δεν υπήρχαν αλληλεπιδράσεις με την κανονική ύλη, τα αποτελέσματα αυτών των σκοτεινών δυνάμεων θα μπορούσαν να παρατηρηθούν έμμεσα στους νάνους σφαιροειδείς γαλαξίες. Οι ερευνητές Tanedo et al βρήκαν ότι η συνεχής δύναμη μπορεί να αναπαραγάγει τις παρατηρούμενες αστρικές κινήσεις.

Η εν λόγω θεωρία πάει ένα βήμα πιο πέρα κάνοντας την ερμηνεία της προέλευσης της σκοτεινής ύλης ευκολότερη σε σχέση με το μοντέλο της αυτο-αλληλεπιδρώσας σκοτεινής ύλης. Στη συνέχεια, η ομάδα θα εξερευνήσει μια συνεχή έκδοση του μοντέλου των «σκοτεινών φωτονίων». Σύμφωνα με τον Tanedo είναι μια πιο ρεαλιστική εικόνα για μια σκοτεινή δύναμη. Τα σκοτεινά φωτόνια έχουν μελετηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια, αλλά η θεώρηση έξτρα διαστάσεων έχει μερικές εκπλήξεις. Θα εξετάσουν επίσης και την κοσμολογία των σκοτεινών δυνάμεων και τη φυσική των μαύρων τρυπών.

Το ερευνητικό πρόγραμμα του Tanedo στοχεύει σε μία από τις υποθέσεις που κάνουμε στη φυσική των σωματιδίων: ότι η αλληλεπίδραση των σωματιδίων περιγράφεται με την ανταλλαγή των σωματιδίων-φορέων των δυνάμεων. Ενώ αυτό ισχύει για τη συνηθισμένη ύλη, δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε ότι ισχύει και για τη σκοτεινή ύλη. Οι αλληλεπιδράσεις τους θα μπορούσαν να περιγραφούν από ένα συνεχές σωματιδίων-φορέων αλληλεπίδρασης, παρά από την ανταλλαγή ενός μόνο τύπου σωματιδίου φορέα-δύναμης.

διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ: ‘A new dimension in the quest to understand dark matter



Κατηγορίες:ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες:

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: