Prvič na svetu so fiziki zožili možno maso temne snovi

Morda ne vemo, kaj temna snov je, vendar imajo znanstveniki zdaj boljšo predstavo o tem, kaj iskati.

Na podlagi kvantne gravitacije so fiziki izdelali nove, veliko strožje zgornje in spodnje meje mase delcev temne snovi. In ugotovili so, da je masni razpon precej manjši, kot so mislili prej.

To pomeni, da kandidati za temno snov, ki so izredno lahki ali težki, verjetno ne bodo odgovor na podlagi našega trenutnega razumevanja vesolja.

'To je prvič, da je kdo pomislil, da bi uporabil to, kar vemo o kvantni gravitaciji, kot način za izračun masnega razpona temne snovi. Presenečeni smo bili, ko smo ugotovili, da tega ni naredil še nihče – tako kot tudi kolegi znanstveniki, ki so pregledovali naš članek,« je dejal fizik in astronom Xavier Calmet Univerze v Sussexu v Združenem kraljestvu.

'To, kar smo naredili, kaže, da temna snov ne more biti 'ultra lahka' ali 'super težka', kot nekateri teoretizirajo - razen če nanjo deluje še neznana dodatna sila. Ta del raziskave pomaga fizikom na dva načina: osredotoča območje iskanja temne snovi in ​​bo morda tudi pomagal razkriti, ali v vesolju obstaja skrivnostna neznana dodatna sila ali ne.'

Temna snov je nedvomno ena največjih skrivnosti vesolja, kot ga poznamo. To je ime, ki ga damo skrivnostni masi, ki je odgovorna za gravitacijske učinke, ki jih ni mogoče razložiti s stvarmi, ki jih lahko zaznamo z drugimi sredstvi – običajno snovjo, kot so zvezde, prah in galaksije.

Na primer, galaksije se vrtijo veliko hitreje, kot bi se morale, če bi nanje le gravitacijsko vplivala normalna snov v njih; gravitacijska leča - upogibanje prostora-časa okoli masivnih objektov - je veliko močnejša, kot bi morala biti. Ne glede na to, kar ustvarja to dodatno gravitacijo, ne moremo neposredno zaznati.

Poznamo ga samo po gravitacijskem učinku, ki ga ima na druge predmete. Na podlagi tega učinka vemo, da ga je veliko. Približno 80 odstotkov od vse snovi v vesolju je temna snov. Imenuje se temna snov, ker je temna. In tudi skrivnosten.

Vemo pa, da temna snov medsebojno deluje z gravitacijo, zato sta se Calmet in njegov kolega, fizik in astronom Folkert Kuipers z univerze v Sussexu obrnila na lastnosti kvantne gravitacije, da bi poskusila oceniti masni razpon hipotetičnega delca temne snovi ( karkoli že je).

Kvantna gravitacija, pojasnjujejo, postavlja številne meje glede tega, ali lahko obstajajo delci temne snovi različnih mas. Medtem ko nimamo dostojne delujoče teorije, ki bi združevala splošna relativnost Opis gravitacije, ki upogiba vesolje, z diskretno drobnostjo kvantne fizike, vemo, da bi kakršno koli zlitje obeh odražalo določene temelje obeh. Kot taki bi morali delci temne snovi upoštevati kvantna gravitacijska pravila o tem, kako delci razpadajo ali medsebojno delujejo.

S skrbnim upoštevanjem vseh teh meja so lahko izključili masne razpone, za katere ni verjetno, da bi obstajali v našem trenutnem razumevanju fizike.

Na podlagi predpostavke, da lahko le gravitacija vpliva na temno snov, so ugotovili, da bi morala masa delca pasti med 10^-3elektronvoltov in 10⁷elektronvoltov, odvisno od vrtljajev delcev in narave interakcij temne snovi.

To je noro manjše od 10^-24elektronvolt na 10¹⁹gigaelektronvoltno območje, ki se tradicionalno pripisuje, so povedali raziskovalci. In to je pomembno, ker v veliki meri izključuje nekatere kandidate, kot so WIMP (masivni delci s šibko interakcijo).

Če se pozneje izkaže, da so takšni kandidati krivci za skrivnost temne snovi, bi po mnenju Calmeta in Kuipersa to pomenilo, da nanje vpliva neka sila, ki je še ne poznamo.

To bi bilo res kul, ker bi pokazalo na novo fiziko - novo orodje za analizo in razumevanje našega vesolja.

Predvsem pa omejitve ekipe zagotavljajo nov okvir, ki ga je treba upoštevati pri iskanju temne snovi in ​​pomaga zožiti, kje in kako iskati.

'Kot doktorski študent je super, da lahko delam na tako razburljivi in ​​vplivni raziskavi, kot je ta,' je dejal Kuipers . 'Naše ugotovitve so zelo dobra novica za eksperimentatorje, saj jim bodo pomagale približati se odkrivanju prave narave temne snovi.'

Raziskava je bila objavljena v Črke fizike B .