Kunne massive gravitioner være levedygtige kandidater til mørkt stof?

I dag forsøger mange forskerhold verden over at opdage mørkt stof, et usynligt stof, der menes at stå for det meste af stoffet i universet. Da den ikke reflekterer eller udsender lys, er dens tilstedeværelse indirekte blevet afsløret via dens gravitationsinteraktioner med synligt stof.

Indtil videre er de mest lovende mørkt stofkandidater axioner, neutrinoer og svagt interagerende massive partikler. For nylig begyndte nogle fysikere dog også at undersøge muligheden for, at en anden type hypotetiske partikler, massive gravitoner, kunne være levedygtige kandidater til mørkt stof.

Teorien antyder, at massive gravitoner blev produceret under kollisioner mellem almindelige partikler i det varme og tætte miljø i det tidlige univers, i de få øjeblikke efter Big Bang. Selvom teorier forudsiger deres eksistens, er disse partikler hidtil aldrig blevet direkte opdaget.

Forskere ved Korea University og University of Lyon har for nylig udført en teoretisk undersøgelse, der undersøger muligheden for, at massive gravitoner kunne være gode kandidater til mørkt stof. Resultaterne af deres teoretiske beregninger blev offentliggjort i et papir i Physical Review Letters .

"Vores undersøgelse startede med at se på ekstra dimensioner, især skæve ekstra dimensioner, som er blevet undersøgt meget i de sidste 20 år," siger Giacomo Cacciapaglia, en af ​​forskerne, der har udført undersøgelsen, til Phys.org. "Når tyngdekraften forplanter sig i dette usynlige rum, materialiserer den massive gravitoner. Deres kobling til almindeligt stof er meget svag, da den er af tyngdekraftig oprindelse."

Processen, hvorigennem massive gravitoner teoretisk ville blive produceret, er yderst sjælden. Af denne grund ville hastigheden, hvormed disse partikler produceres, være væsentligt lavere end produktionshastigheden af ​​"almindelige" partikler. Cacciapaglia og hans kolleger Haiying Cai og Seung Lee spekulerede på, om der blev produceret nok massive gravitoner i det tidlige univers til, at de kunne betragtes som en god kandidat til mørkt stof.

"Ved at beregne produktionshastigheden for disse partikler opdagede vi, at nogle processer forbedres under den skala, hvor Higgs-bosonen genererer masser til de almindelige partikler, 1 picosekund efter Big Bang," sagde Cacciapaglia. "Vi viste, at denne forbedring er nok til at skabe den rigtige mængde mørkt stof i form af massive gravitoner med masser under MeV."

Beregningerne udført af Cai, Lee og Cacciapaglia viser, at i stedet for at være forbundet med ukendt fysik, der fandt sted kort efter Big Bang, er produktionen af ​​massive gravitoner mest effektiv under den energiskala, som Higgs-bosonerne befinder sig i. Higgs-bosoner er elementære partikler, der bærer Higgs-feltet, feltet, der giver masse til fundamentale partikler såsom elektroner og kvarker.

"Dette tegner en direkte forbindelse mellem fysikken studeret ved Large Hadron Collider i Genève og den tidlige universfysik af tyngdekraft og mørkt stof," sagde Cacciapaglia. "Vores resultater antyder, at gravitationelt mørkt stof produceres 1 picosekund efter Big Bang, på et tidspunkt, hvor partikelfysik er godt beskrevet af de nuværende teorier."

I fremtiden kan resultaterne indsamlet af dette team af forskere inspirere til nye undersøgelser og beregninger, der udforsker produktionen af ​​massive gravitoner i universet. I mellemtiden planlægger Cacciapaglia og hans kolleger at bygge videre på den teoretiske model, der er introduceret i deres papir, mens de også evaluerer andre kandidater til mørkt stof.

"Vi planlægger nu at undersøge andre træk ved en betonmodel i skæve ekstra dimensioner, som vi skitserer i artiklen," tilføjede Cacciapaglia. "Vi er især interesserede i den rolle, som en skalær partikel kaldet radion spiller, og i den potentielle testbarhed ved nuværende og fremtidige partikelkolliderer." + Udforsk yderligere

ATLAS- og CMS-samarbejder jager det usynlige med Higgs-bosonen

© 2022 Science X Network