21 ЯнвЗнакомьтесь — пять основных кандидатов на звание темной материи


Дата: 21.01.2016

WIMPWIMP-чaстицы (Weakly Interacting Massive Particle) являются чaстицaми гипoтeтичeскoгo типa, кoтoрыe кoрeнным oбрaзoм oтличaются oт любыx извeстныx нaм чaстиц. Этa тeoрия былa oснoвoй, нa кoтoрoй пoстрoeнa нынeшняя тeoрия струн, и oнa oпрeдeляeт вoзмoжнoсть сущeствoвaния чaстиц, кoтoрыe впoлнe мoгут являться чaстицaми тeмнoй мaтeрии. Сoглaснo имeющeйся тeoрии, кaждый квaдрaтный сaнтимeтр плoщaди прoнизывaeтся в сeкунду 100 тысячaми WIMP-частиц, однако, они способны взаимодействовать с окружающим миром только через силы слабых ядерных взаимодействий и через силы гравитации, что обеспечивает их неуловимый характер.Математические модели показывают, что если WIMP-частицы существуют в реальности, то их размеры должны минимум в пять раз превышать размеры самых больших частиц обычной материи. В отличие от всякого рода элементарных частиц, MACHO-объекты являются компактными, но массивными космическими объектами, такими, как нейтронные звезды, коричневые и белые карлики, состоящие из обычной материи. Есть силы сильных ядерных взаимодействий, за счет которых удерживаются частицы, из которых состоят ядра атомов. И сейчас проводится несколько экспериментов, в том числе и XENON100, целью которых является регистрация таких столкновений.Следует отметить, что WIMP-частицы являются предметом исследований, направленных на изучение физики, лежащей за пределами Стандартной Модели. Однако, некоторые из этих кандидатов имеют большую вероятность быть частицами темной материи. Более того, такие объекты можно находить при помощи эффекта гравитационных линз, тем не менее, за все время исследований ученые не получили достоверных подтверждений существования MACHO-объектов.4. MACHOАббревиатура MACHO является сокращением от «massive astrophysical compact halo object», и эти объекты являются самыми первыми кандидатами на должность темной материи. Это, в свою очередь, означает, что в недрах этих объектов должно находиться большое количество дополнительной невидимой материи, состоящей из элементарных частиц новых видов, которые еще не были открыты учеными.В природе существуют четыре вида фундаментальных сил, при помощи которых элементарные частицы взаимодействуют друг с другом и окружающей их средой. Согласно некоторым моделям частицы-гравитино очень легки и они вполне подходят в качестве кандидатов на частицы темной материи, обладая сильным гравитационным полем. Такое различие объясняет, почему такие частицы очень тяжело не то, что увидеть, но и зарегистрировать при помощи специально предназначенных для этого научных инструментов. Теория суперсимметрии, которая является одной из успешных современных теорий, объясняющих множество феноменов и аномалий в наблюдениях, определяет, что все частицы-бозоны, в том числе и фотон, обладают «суперсимметричным» партнером. ГравитиноТеории, являющиеся комбинацией Общей теории относительности Альберта Эйнштейна и теории суперсимметрии, определяют возможность существования экзотической частицы под названием гравитино (gravitino). Для того, чтобы иметь возможность наблюдать материю непосредственно, требуется чтобы ее частицы могли взаимодействовать посредством сил электромагнетизма, поскольку в результате этого возникают фотоны света или другие виды излучения, которые можно зарегистрировать при помощи телескопов или других научных инструментов.На должность темной материи у ученых уже имеется несколько кандидатов, каждый из которых взаимодействует с окружающим миром своим уникальным способом. И следы распадов такого вида ученые сейчас ищут в ходе экспериментов на Большом Адроном Коллайдере.5. И, несмотря на десятилетия усилий, ученым так и не удалось пока обнаружить никаких прямых признаков существования этой темной материи.Факт наличия темной материи известен ученым благодаря изучению сил гравитации скоплений галактик и других сверхмассивных космических объектов. В случае фотона этот партнер, отличающийся от оригинала типом углового момента вращения, имеет название фотино (photino). А у гравитона, гипотетической частицы, определяющей гравитационное поле, имеется суперпартнер под названием гравитино. И ниже мы познакомим вас с пятеркой основных претендентов, имеющих самую большую вероятность.1. Тем не менее, и в Стандартной Модели определена возможность существования этих частиц.2. Если аксионы существуют, то они должны распадаться, образуя пары частиц света, фотонов, которые, в свою очередь достаточно просто зарегистрировать при помощи современных технологий. Количества обычной материи, из которой состоят эти объекты, недостаточно для создания гравитационных сил, способных удерживать эти объекты в целостности. Согласно результатам многочисленных наблюдений, на каждый грамм обычной видимой материи во Вселенной приходится, как минимум, пять грамм невидимой субстанции, именуемой термином «темная материя». Однако, наблюдая за Вселенной, ученые не могут видеть эти частицы, так как они скрыты в недрах пятого дополнительного измерения.К счастью, такие частицы можно достаточно легко обнаружить экспериментальным путем, ведь они должны распадаться, образуя нейтрино и фотоны. Когда мы рассматриваем Вселенную при помощи самых мощных телескопов, мы видим лишь малую часть материи, от того, что там должно быть. И такие поиски аксионов ведутся в настоящее время несколькими экспериментами, в том числе Axion Dark Matter Experimentis.3. Это обуславливает то, что их очень тяжело обнаружить, однако не исключает полностью возможности этого обнаружения. Согласно теории, частицы Калуцы-Клейна должны иметь массу в 440-600 раз превышающую массу протонов, они могут взаимодействовать с окружающей средой при помощи сил электромагнетизма и гравитации. И, наконец, еще существуют силы гравитации. Однако, они являются невидимыми в силу одной особенности — они не излучают ни света, ни излучения любого другого вида.Единственным способом наблюдать MACHO-объекты является регистрация изменений яркости свечения далеких звезд, транзитный метод, используемый для поисков экзопанет. Частицы Калуцы-КлейнаОсновой теории Калуцы-Клейна (Kaluza-Klein) является невидимое пятое измерение, скрытого в пространстве, которое дополняет три пространственных измерения, которые нам хорошо известны, и время. Есть силы слабых ядерных взаимодействий, которые принимают участие в процессах распада ядер атомов. Такие частицы можно обнаружить только в редкие моменты их «лобового» столкновения с ядрами атомов обычной материи, в результате которых будут произведены фотоны света. АксионыАксионы (Axions) — это частицы с малой массой, двигающиеся с относительно небольшой скоростью, которые способны взаимодействовать с другими частицами только при помощи сил слабых ядерных взаимодействий. Также есть силы электромагнетизма, которые возникают между частицами, имеющими электрический заряд. И эти данные совпадают с соотношением между обычной и темной материей, вычисленным учеными при помощи некоторых вторичных эффектов.

Обсуждение закрыто.