Mørkt stof gemmer sig muligvis i en skjult sektor

(Phys.org)—I øjeblikket, en af ​​de stærkeste kandidater til mørkt stof er svagt interagerende massive partikler, eller WIMPS, selvom denne hypotetiske partikel endnu ikke er blevet opdaget direkte. Nu i en ny undersøgelse, fysikere har foreslået, at mørkt stof ikke er en WIMP, og videre, det er ikke nogen partikel, der hidtil er kendt eller teoretiseret.

I stedet, fysikerne hævder, at mørkt stof er lavet af partikler fra en af ​​de mange "skjulte sektorer", der menes at eksistere uden for den "synlige sektor", der omfatter hele vores synlige verden. Holdet af forskere, Bobby Acharya, Sebastian Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson, og Malcolm Perry, fra institutioner i Storbritannien, Italien, og USA, har offentliggjort deres undersøgelse i en nylig udgave af Fysisk gennemgangsbreve.

Skjulte sektorer er såkaldte, fordi partikler i disse sektorer ikke føler de stærke og elektro svage kræfter som dem i den synlige sektor gør, hvilket i høj grad reducerer deres interaktion med den synlige sektor. Så skjulte sektorpartikler kan være rundt omkring os - vi har i øjeblikket ingen måde at opdage dem.

I det foreslåede scenario, mørkt stof består af partikler i den skjulte sektor, der kommunikerer via en portal fra den skjulte sektor til den synlige sektor, og på denne måde udøve de tyngdekraftseffekter, som forskere længe har observeret.

Selvom en sådan idé kan lyde langt ude, skjulte sektorer og portaler har længe været komponenter i strengteori og M-teori-to teorier, der søger at forklare partikelfysik på sit mest fundamentale niveau.

Hovedstøtten til den nye påstand bunder i et spørgsmål om stabilitet. Generelt, tungere partikler henfalder til lettere partikler. Så lettere partikler, være mere stabil, er meget mere sandsynlige kandidater til mørkt stof. Det er her, den mangeårige support til WIMP'er kommer fra, da WIMP'er er den letteste supersymmetriske partikel, og derfor, indtil nu, anses for at være stabil.

Imidlertid, da der menes at eksistere cirka 100 skjulte sektorer, men kun en synlig sektor, forskerne hævder i den nye undersøgelse, at en eller anden skjult sektor sandsynligvis indeholder en partikel, der er endnu lettere end WIMP'er.

Forskerne viser, at WIMP'er teoretisk set kan forfalde til en eller flere lettere skjulte sektorpartikler, som igen kan forfalde til endnu lettere skjulte sektorpartikler. Så den letteste supersymmetriske partikel i den synlige sektor ville ikke være stabil nok til at være mørkt stof. I stedet, ifølge dette argument, nogle i øjeblikket ukendte skjulte sektorpartikler ville være en meget mere sandsynlig kandidat til mørkt stof.

"Den største betydning af vores arbejde er, at det tvinger teoretikere til at gentænke paradigmet for det, der kaldes WIMP mørkt stof, "Ellis, en fysiker ved University of Michigan, fortalt Phys.org . "WIMP'er har været de mest populære kandidater til, hvad der udgør mørkt stof i over 30 år. En WIMP er en partikel lidt ligesom Higgs eller Z-boson, der er elektrisk neutrale, tunge partikler, der deltager i de svage nukleare interaktioner, men i modsætning til Higgs eller Z-boson, WIMP mørkt stof ville være stabilt på kosmologiske skalaer. WIMP mørkt stof er oftest blevet diskuteret inden for rammerne af supersymmetri (SUSY).

"I 30 år, teoretikere har tænkt, at i SUSY -modeller, den letteste SUSY -partikel var en god kandidat til mørkt stof på grund af dets stabilitet. Imidlertid, i vores papir argumenterer vi for, at hvis du tager standardmodellen for partikelfysik som bosiddende i et større, streng/M-teoriramme, så er supersymmetriske WIMP'er sandsynligvis ikke en god kandidat til mørkt stof, fordi vi viser, at de typisk er ustabile.

"Strenglandskabet omfatter et stort antal mulige lavenergiteorier. Men vi fandt ud af, at næsten hele landskabet ville udvise denne funktion ved WIMP ustabilitet. En sådan konklusion betyder, at hvis vi seriøst skal tænke på at indlejre vores synlige univers i en strengteori, vi er nødt til seriøst at overveje den naturlige mulighed for, at mørkt stof befinder sig i en skjult sektor, eller vi bliver tvunget ind i et meget utypisk hjørne af strenglandskabet. "

Hvis mørkt stof viser sig at være en skjult sektorpartikel, det ville forklare, hvorfor WIMP'er har været så vanskelige at opdage i partikelkolliderer. For at registrere en WIMP, forskere bliver nødt til at ændre deres søgning og se forskellige steder.

"Hvis mørkt stof kommer fra en skjult sektor, det udgør et alvorligt spørgsmål om, hvordan man opdager det, andet end gennem sine tyngdekraftsinteraktioner, "Sagde Ellis." String/M-teori kan levere såkaldte 'portaler', der forbinder disse skjulte sektorer med vores synlige sektor, således potentielt føre til et middel til at søge efter skjult sektor mørkt stof. Også, hvis mørkt stof eksperimentelt er 'bevist' at være i en skjult sektor, det ville passe meget naturligt med typiske modeller af universet, der opstår i streng og M-teori. "

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge den nøjagtige signatur af et WIMP, der henfalder til en skjult sektorpartikel, som vil guide fremtidige eksperimenter.

"Vi er i øjeblikket ved at færdiggøre et opfølgende papir, hvor vi overvejer typiske streng/M-teori skjulte sektorkonstruktioner, der kan give gode kandidater til mørkt stof, "Sagde Ellis." Vigtigst af alt, vi finder, at der er sådanne kandidater. Den typiske signatur for sådanne konstruktioner er, at når SUSY -partikler produceres i en kollider, WIMP vil hurtigt henfalde til den skjulte sektor og andre synlige partikler. Således ville man forvente den typiske collidersignatur for SUSY, nemlig manglende energi, men ledsaget af flere partikler end i en typisk SUSY -begivenhed. "