Tilfældet for sammenfaldende mørkt stof

(Phys.org) —Der er ikke så meget mørkt stof i dag som før. Ifølge en af ​​de mest populære modeller af mørkt stof, universet indeholdt meget mere mørkt stof tidligt, da temperaturen var varmere. Da universet afkøledes, det mørke stof udslettede, i det mindste indtil et punkt, hvor termisk ligevægt var nået, og tilintetgørelserne ophørte, hvilket resulterer i, at antallet af partikler af mørkt stof i universet "fryser ud" og forbliver nogenlunde konstant.

Selvom dette scenario, kaldet "det svagt interagerende-massive partikel" (WIMP) scenario, er blevet undersøgt grundigt, det er stadig uklart, om det mørke stof virkelig er en WIMP.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , Cornell fysikere Jeff Asaf Dror, Eric Kuflik, og Wee Hao Ng har foreslået en ny mekanisme til frysning af mørkt stof, hvor der ikke er én, men mange mørke sektorpartikler, der alle forfalder for at producere den observerede mørke stoftæthed. En eller flere af disse partikler er potentielle kandidater til mørkt stof.

"I lang tid, the Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) har været paradigmet for at forklare partikelkarakteren af ​​mørkt stof, "Kuflik fortalte Phys.org." De fleste forsøg med at opdage mørkt stof var designet til at finde noget, der ligner en WIMP. Motivationen for vores arbejde var at forsøge at finde andre forklaringer på naturen af ​​mørkt stof, som man eksperimentelt ville søge efter på en kvalitativt anderledes måde end WIMP.

"Co-henfaldende mørkt stof giver en ny mekanisme for mørkt stof til at fryse ud og opnå dets observerede levn overflod. Her kan mørkt stof fryse ud tidligt i universet og opnå den korrekte overflod, vi observerer i dag. Dens egenskaber tyder på, at de nuværende forsøg ville ikke være følsom over for denne type mørkt stof, men det kan føre til andre, unikke eksperimentelle signaturer. Desuden, mekanismen er ganske generel og vil blive realiseret i mange udvidelser af standardmodellen for partikelfysik. "

Som fysikerne forklarer, en af ​​de største forskelle mellem den nye og tidligere mekanisme er, at, i den nye mekanisme, den mørke sektor kobler tidligt fra standardmodellen, hvilket får de to sektorer til at komme ud af ligevægt. Denne ændring ændrer henfaldshastigheden ved at forsinke forfaldets startpunkt, hvilket får frysningen til at begynde på senere tidspunkter. I sidste ende fører dette til en mindre tæthed af mørkt stof.

Hvis tætheden af ​​det mørke stof er mindre som forudsagt her, så for at matche den observerede overflod af mørkt stof, tilintetgørelsesgraden skal være større end i tidligere mekanismer. Den større tilintetgørelsesrate kan blive opdaget ved fremtidige indirekte detektionsforsøg, som kunne skelne mellem de to scenarier.

"Indirekte detekteringseksperimenter for mørkt stof er eksperimenter, der leder efter biprodukter fra mørkt stof, der tilintetgør eller forfalder i rummet, "Dror forklarede." Forsøgene peger på teleskoper eller satellitter i områder, hvor der forventes et stort antal partikler af mørkt stof (f.eks. midten af ​​galakser). Tit, biprodukterne er fotoner (lysets kvante), som kan detekteres nær Jorden. I modsætning, eksperimenter med direkte detektion svarer til at vente på, at partikler i mørkt stof selv kolliderer med partikler i detektorer på Jorden. Den primære fordel ved indirekte påvisning frem for metoder til direkte påvisning er, at selvom sidstnævnte antager, at mørkt stof ofte vil kollidere med laboratorieforsøg, førstnævnte gør det ikke. Ja, dette behøver ikke at være tilfældet:co-henfaldende mørkt stof er et godt eksempel på, at signaler til direkte detektion er små, mens indirekte detekteringssignaler er fremtrædende. "

Forskerne planlægger at undersøge disse muligheder i fremtiden, og også undersøge egenskaberne af partikler af mørkt stof og hvordan denne type mørkt stof kan passe ind i en større ramme.

"Vi undersøger flere nye effekter, som sådan mørkt stof kan have, "Ng sagde." Nogle af disse er stadig i gang, så vi er endnu ikke klar til at diskutere resultaterne. Et eksempel på en effekt, vi udforsker, er partikler, der produceres ved LHC, tværs en stor afstand i detektoren, og derefter henfalde til det mørke stof.

"Vi studerer også eksplicitte partikelrealiseringer af co-decaying dark stof. Co-decaying dark matter er en ramme til at producere den korrekte overflod, og nye partikelfysiske modeller, der indser rammen, bliver undersøgt. "

© 2016 Phys.org