Profesör Stefano Profumo’nun Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz’un son iki çalışması, modern fizikteki en temel açık sorulardan birini cevaplamaya çalışan teoriler önermektedir: Karanlık Maddenin Parçacık Doğası Nedir?
Bilim, evrendeki tüm maddelerin% 80’ini oluşturan gizemli maddenin var olduğuna dair ezici kanıtlar üretmiştir. Dark Matter’ın varlığı, galaksileri neyin birbirine bağladığını ve döndürdüğünü açıklar. Evrenin büyük ölçekli yapısı ve kozmik mikrodalga arka planının ölçümleri gibi bulgular, henüz belirlenmemiş bir şeyin tüm bu karanlığa nüfuz ettiğini kanıtlamaktadır.
Bilinmeyenler, karanlık maddenin kökenleridir ve dolayısıyla parçacık özellikleri nelerdir? Bu ağır sorular öncelikle Profumo gibi teorik fizikçilere düşüyor. Ve son iki makalede, bu soruları farklı yönlerden yaklaştırıyor, ancak her ikisi de karanlık maddenin çok erken evrendeki koşullardan doğal olarak ortaya çıkmış olabileceği fikrine odaklandı – karanlık maddeden daha büyük bir şekilde saptanabilir bir şekilde etkileşime giren egzotik yeni bir parçacık olmaktan.
Gölgeli kökenler
En son çalışma, 8 Temmuz’da yayınlandı Fiziksel İnceleme Dkaranlık maddenin gizli bir sektörde oluşup oluşemeyeceğini araştırıyor – kendi parçacık ve kuvvet versiyonlarıyla bir tür “ayna dünyası”. İnsanlar için tamamen görünmez olsa da, bu gölge sektörü bilinen evrenle aynı fiziksel yasalara uyacaktır.
Fikir, kuantum kromodinamiğinden (QCD) ilham çekiyor, bu da kuarkların güçlü nükleer kuvvetle protonların ve nötronların içinde nasıl birbirine bağlı olduğunu açıklayan teori. UC Santa Cruz’un bu alanda derin kökleri var: Emeritus fizik profesörü Michael Dine, önde gelen karanlık madde adayı olan QCD aksenini içeren teorik modellere yardımcı olurken, araştırma profesörü Abe Seiden, yüksek enerjili fizik deneylerinde kuklaların yapısını araştıran büyük deney çabalarına katkıda bulundu.
Profumo’nun yeni çalışmasında, güçlü kuvvet, karanlık sektörde, karanlık sektör olarak bilinen ağır kompozit parçacıklar oluşturmak için kendi parçacıkları – dark kuarkları ve koyu gluons – ile sınırlı bir “karanlık QCD” teorisi olarak çoğaltılır. Erken evrendeki belirli koşullar altında, bu karanlık baronlar kendi yerçekimi altında son derece küçük, istikrarlı kara deliklere veya kara deliklere benzeyen nesnelere çökecek kadar yoğun ve büyük hale gelebilirler.
Bu kara delik – benzeri kalıntılar, Planck kütlesinden sadece birkaç kat daha ağır olurdu – kuantum yerçekiminin temel kütle ölçeği -, ancak doğru miktarda üretilirse, bugün gözlemlenen tüm karanlık maddeleri açıklayabilirler. Sadece yerçekimi yoluyla etkileşime girecekleri için, partikül dedektörleri için tamamen görünmez olurlardı – yani varlıkları evreni en büyük ölçeklerde şekillendirecekti.
Bu senaryo, UC Santa Cruz’un kozmolojideki en büyük açık sorulardan birini açıklamaya nasıl yardımcı olabileceğine dair UC Santa Cruz’un uzun süredir devam eden araştırmalarını genişletirken, köklü fizikle topraklanmış yeni, test edilebilir bir çerçeve sunuyor.
Ufukta
Profumo’nun Mayıs ayında aynı dergide yayınlanan diğer son çalışması, Dark Matter’ın evrenin genişleyen “kozmik ufuk” tarafından üretilip üretilemeyeceğini araştırıyor – esas olarak, bir kara deliğin olay ufkunun kozmolojik eşdeğeri.
Bu makale, evrenin enflasyondan sonra kısa bir hızlandırılmış genişlemeye maruz kalması durumunda – enflasyondan daha az aşırı bir şey, ancak yine de radyasyon veya maddenin izin vereceğinden daha hızlı genişlediğini soruyor – bu fazın kendisinin “partikülleri” yaydığını mı gösterebilir?
Kuantum alanı teorisinden kavisli uzay zamanında prensipleri kullanan makale, bu fazın sıcaklığına ve süresine bağlı olarak bu mekanizmadan çok çeşitli karanlık madde kütlelerinin ortaya çıkabileceğini göstermektedir.
Daha da önemlisi, Profumo bunun karanlık maddenin nasıl etkileşime girdiğine dair herhangi bir varsayım gerektirmediğini söyledi – sadece istikrarlı ve yerçekimi olarak üretiliyor. Fikir, bir kara deliğinkiler gibi kozmik ufukların yakınındaki gözlemcilerin kuantum etkilerinden kaynaklanan termal radyasyonu algılama biçiminden esinlenmiştir.
“Her iki mekanizma da son derece spekülatiftir, ancak Santa Cruz Parçacık Fiziği Enstitüsü’nde teori müdür yardımcısı olan Profumo,” Null deneysel sonuçlardan giderek daha fazla baskı altında olan geleneksel parçacık karanlık madde modellerine dayanmayan bağımsız ve hesaplanabilir senaryolar sunuyorlar. “Dedi.
Profumo’nun kitabı karanlık maddenin doğasını anlama arayışı üzerine yazdığını söyleyebiliriz. 2017 ders kitabı “Partikül Dark Matter’a Giriş”, araştırma çalışmalarında, bilim adamlarının karanlık madde için parçacık modelleri oluşturmak ve test etmek için yıllar boyunca geliştirdikleri son teknoloji tekniklerden kişisel olarak öğrendiği ve kullandığı dersler sunuyor.
Kitap, “Karanlık Madde Paradigması” nı “kozmoloji ve temel parçacık fiziği arayüzündeki temel gelişmelerden biri” olarak tanımlamaktadır ve partikül fiziği deneylerinde, kozmolojik gözlemlerde ve yüksek enerjili astrofizik fenomenlerde kendini gösterdiği için karanlık maddenin mikroskobik doğasıyla ilgilenen herkes için tasarlanmıştır.
Buradaki araştırmacılar, onlarca yıldır kozmolojide kilit bir rol oynadılar ve standart lambda-soğuk karanlık madde modelinin-tüm kozmolojik verilere en uygun olanı-ve yapının evrendeki nasıl oluştuğuna dair teorik ve gözlemsel çalışmaya katkıda bulundular. Buna ek olarak, UC Santa Cruz uzun zamandır, teori ve gözlem arasında, parçacık fiziği, astrofizik ve erken evren kozmolojisinde güçlü yönlerle yakın bir etkileşimi desteklemiştir.
Profumo, bu son yayınların bu gelenekte devam ettiğini ve parçacık fiziğindeki en derin soruları kozmosun büyük ölçekli davranışlarıyla birleştiren fikirleri araştırdığını söyledi. “Ve bunu, kavisli uzay zamanında kuantum alan teorisi veya SU (n) gösterge teorilerinin iyi çalışılmış özellikleri-onları yeni sınırlara genişletirken bilinen fizikte kök salmış bir şekilde yapıyorlar.” Dedi.
