Масивните гравитони - връстници на Хигс бозона и подходящи кандидати за тъмна материя?

Ваня Милева Последна промяна на 25 март 2022 в 00:01 35787 0

Схема на изкривения модел с допълнителни измерения, където позицията по посока на допълнителното пространство е представена от хоризонталната ос. Обикновеното пространство-време е представено от ортогоналните екрани. Обикновената материя, от която сме направени, е локализирана на средния екран, докато тъмната материя е основно на десния екран. Кредит: Cai, Cacciapaglia & Lee.

Днес много изследователски екипи по света се опитват да открият тъмната материя, невидима субстанция, за която се смята, че представлява по-голямата част от материята във Вселената. Тъй като не отразява и не излъчва светлина, присъствието ѝ е индиректно разкрито чрез гравитационните ѝ взаимодействия с видимата материя.

Тъй като резултатът от всички търсения на тъмна материя досега се оказа нулев, теоретиците измислят всякакви алтернативни възможности. Досега най-обещаващите кандидати за тъмна материя са аксиони, неутрино, първични черни дупки и слабо взаимодействащи масивни частици (WIMP).

Последното предложение, дошло от чертожните дъски на теоретиците са масивните гравитони. Изследователи от университетите в Корея и Лион се обединяват, за да проучат как тези хипотетични частици могат потенциално да образуват тъмна материя.

Хайинг Кай (Haiying Cai) и колегите му предполагат съществуването на изкривени допълнителни измерения върху вече известното четириизмерно пространство-време от Теорията на относителността на Айнщайн, теория според така наречения модел на Рандал-Сундръм (виж по-долу).

Моделът на Рандал-Сундръм 

Във физиката моделът на Рандал-Сундръм (наричан още 5-измерна теория на изкривената геометрия) описва света от гледна точка на вселена с по-високо измерение с изкривена геометрия или по-конкретно като 5-измерно анти-де Ситер пространство, където елементарните частици (с изключение на гравитона) са локализирани върху (3 + 1)-мерна брана или брани.

Това е модел на извитите допълнителни измерения, теория, разработена от Lisa Randall (Лиса Рандал) и Raman Sundrum (Раман Сундръм). Идеята им, показана на изображението по-долу, е, че гравитацията е също толкова силна, колкото другите три сили (електромагнитно, слабо и силно взаимодействие), само че не в нашата триизмерна вселена. Гравитацията в пълната си сила е в друга триизмерна вселена, която има много малко изместване от нашата вселена в четвъртото измерение на пространството (или петото, ако отделим времето), от само 10 ³¹ метра.

Следователно гравитацията е скрита в извито пространство и това, което „изтича“ в нашата собствена вселена, е просто лоша имитация. Извитото пространство може да е било създадено по време на първите мигове след Големия взрив и освободената енергия може да е подхранила последващия период на инфлация, така че тази теория на Рандал и Съндръм също дава обяснение. Теорията включва допълнителен пакет от частици, не суперсиметрични (SUSY) частици, а така наречените частици на Клайн-Калуца, частици, които са резултат от това извито пространство. Индикация за съществуването на такава частица, с маса от 600 GeV, беше открита много отдавна и Голеният адронен колайдер може да потвърди това.

Теорията предполага, че ще има по-тежки версии на стандартните частици в други измерения, т. нар. частици на Калуца-Клайн, които имат по-голяма маса от тази на стандартните частици. Една от възможните форми на допълнителни измерения, усукани, "смачкани" до размери, милиарди пъти по-малки от размера на един атом, така че не може да ги видим. В рамките на всяка от тези форми вибрира и се движи струна - основният компонент на Вселената според теорията на Калуца-Клайн и теорията на струните. Илюстрация: Wikimedia Commons. 

Тъй като гравитацията се движи през тези допълнителни измерения, тя може да се материализира в масивни гравитони, по-масивен вариант на хипотетичните гравитационни носители със спин 2.

Взаимодействието между гравитоните и обикновената материя е изключително слабо, за което има няколко възможни обяснения.

Процесът, чрез който теоретично биха били произведени масивни гравитони, е изключително рядък. Поради тази причина скоростта, с която се произвеждат тези частици, би била значително по-ниска от скоростта на производство на "обикновените" частици.

В днешната Вселена условията не са достатъчно екстремни, за да произведат тежки гравитони, но такива е имало в най-ранния етап от живота на Вселената. Около 1 пикосекунда след Големия взрив условията са били идеални за създаване на тежки гравитони и количеството от това би било достатъчно, за да обясни наблюдаваното количество тъмна материя във Вселената – да речем около 85% от цялата материя във Вселената.

Реликтова плътност на масивния гравитон в пространството на параметрите на деформирания модел. Точките по червената линия възпроизвеждат наблюдаваната тъмна материя във Вселената, докато защрихованите области са изключени. Кредит: Cai, Cacciapaglia & Lee.

Това, което е поразително в резултата от изчисленията, е, че производството на тежки гравитони е най-ефективно под енергийната скала, в която се намират бозоните на Хигс.

Известно е, че Хигс бозоните са елементарните частици, които носят полето на Хигс, полето, което придава маса на фундаментални частици като електрони и кварки. Тези бозони на Хигс също датират от около 1 пикосекунда след Големия взрив, момент, който вече може да се пресъздаде в Големия адронен колайдер на ЦЕРН. Това предлага възможности да се направи опит да се провери и теорията за тежките гравитони в Големия адронен колайдер.

Справка: Haiying Cai et al, Massive Gravitons as Feebly Interacting Dark Matter Candidates, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.081806

Източник: Could massive gravitons be viable dark matter candidates?
Ingrid Fadelli, Phys.org

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !