Geheimnis der dunklen Materie könnte in den nächsten zehn Jahren gelöst werden

Aktualisiert um 8:54 Uhr ET.

Dunkle Materie – die geheimnisvolle Sachen, das gedacht wird, um den größten Teil der Materie im Universum zu machen – kann sich herausstellen, sich in den nächsten zehn Jahren ein prominentere Wissenschaftler prognostiziert.

Wenn der Moment kommt, "einen entscheidenden Paradigmenwechsel in der Physik" ausgegeben werden, sagte Gianfranco Bertone, ein Physiker mit der Universität von Amsterdam in den Niederlanden in einen Vortrag über dunkle Materie Forschung an einer königlichen Gesellschaft Grenzen von Astronomie-Konferenz in London im November.

Die schwer fassbare Substanz kann zeigen sich als Forscher testen "die Existenz von einigen der vielversprechendsten dunkle Materie-Kandidaten mit einer Vielzahl von Experimenten, einschließlich den Large HadronCollider (LHC) am CERN und eine neue Generation von Astroteilchenphysik Experimente underground und im Raum", sagte Bertone. [Die Suche nach dunkler Materie: Bilder und Fotos]

Das Universum enthält viel mehr Materie als Wissenschaftler derzeit erkennen können. Modelle deuten darauf hin, dass dieses unsichtbare Materie etwa 85 Prozent des Universums macht, aber niemand sicher ist, was diese fehlenden Materie besteht. Teleskope können nicht es, beobachten, weil es absolut kein Licht abgibt.

Bislang hat der einzige Beweis für die Existenz der dunklen Materie von der Schwerkraft, die er ausübt auf sichtbare Materie. "Wir sehen die Auswirkungen auf alle Waagen mit astrophysikalische und kosmologischen Beobachtungen", sagte Bertone.

Aber trotz viel versprechende Hinweise aus zahlreiche neue Experimente, die Suche nach dunkler Materie wahre Identität geht weiter.

Die wichtigsten Kandidaten für die Sachen so weit in den Bereich der Theorie beschränkt bleiben – schwach wechselwirkende massive Teilchen (Weicheier), geglaubt, um die Masse der dunklen Materie und Axions, bilden davon ausgegangen, dass viel leichter und Kühler Partikel. Es wird vermutet, dass es gibt eine Menge von Axionen herum und sie ständig auf der Erde aus dem Weltraum herabregnen.

Nichtbeachtung der dunklen Materie in naher Zukunft finden würde andeuten, dass Forscher möglicherweise auf dem Holzweg und ihre Herangehensweise an das Problem zu überdenken müssen, sagte Bertone. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Die Jagd

Wissenschaftler sind hoffnungsvoller als jemals Erfolg trotz der Ausfall eines der vielversprechendsten Detektoren, die großen unterirdischen Xenon experimentieren (LUX), um vor Ort dunkle-Materie-Teilchen während seiner ersten 90 Tage im Jahr 2013 laufen.

LUX ist ein flüssiges Xenon Experiment eingerichtet, um die extrem seltenen Kollisionen zwischen Warmduscher und regelmäßige Materie auf der Erde. Es ist ca. 1 Meile (1,6 km) tief in einem Bergwerk in der Sanford unterirdischen Forschungsanlage in South Dakota begraben.

Im Jahr 2014 wird LUX für die dunkle Materie länger als je zuvor, tagsüber eine anstehende 300-laufen Sonde.

Neben Detektoren unterirdischen verstecken, gibt es andere Möglichkeiten, um die Suche nach der mysteriösen dunklen Materie. Zum Beispiel gibt es direkte Detektoren befindet sich im Raum, wie die Alpha Magnetspektrometer, die auf der internationalen Raumstation ISS in 2011 installiert wurde. AMS sucht nach der Dusche der Strahlung, die Teilchen der dunklen Materie angenommen werden, um zu produzieren, da sie kollidieren und zu vernichten. Es wird vermutet, dass diese Strahlung auch Gammastrahlen einschließt.

Ein weiterer weltraumgestützte Detektor ist der NASA Fermi-Teleskop, die im Jahr 2008 ins Leben gerufen. Dieses Instrument ist das Zentrum der Milchstraße, scannen, wo dunkler Materie geglaubt wird, um konzentriert, auf der Suche nach überschüssige Gammastrahlen werden.

Viele Wissenschaftler sind ihre Wetten auf den Large Hadron Collider. Einmal ist es und wieder zum laufen im Jahr 2015 wird die Zerschlagung Partikel zusammen fortgesetzt, in der Hoffnung auf die Schaffung von dunklen Materie im Labor.

Der LHC soll eine Art von Materie namens supersymmetrischen dunkle Materie zu schaffen. Findet der LHC keine Partikel, die dunkle Materie sein könnte, würde seine Ergebnisse auf die Daten aus Astroteilchenphysik Experimenten verglichen werden.

"Es ist ganz klar, dass, wenn die theoretische Beschreibung der dunklen Materie sehr einfach ist, es schwer, mit einer einzigen Art von Experiment, zu identifizieren sein wird, während eine Kombination von ihnen ausreichenden Informationen zur Verfügung stellen sollte," sagte Bertone.

Mangel an Materie

Obwohl die aktuellen Versuche bestimmte Partikel suchen, die Wissenschaftler glauben dunkle Materie kann bestehen, viele Forscher bleiben offen für die Möglichkeit, die dunkler Materie etwas völlig anderes gemacht werden könnte.

Möglich ist auch, dass ein ganzen Zoo von Teilchen die unsichtbare Materie ausmacht, sagte Bertone. "Viele Studien richten heute die Möglichkeit, die dunkler Materie nicht einer sondern [] viele Partikel Arten gemacht wird."

So selbst wenn Wissenschaftler nicht die Partikel finden sie derzeit suchen, bedeutet dies nicht automatisch, dass dunkler Materie nicht vorhanden ist.

"Die einzige Möglichkeit zu beweisen, dass dunkler Materie nicht existiert soll zeigen, dass all diese Daten wurden falsch interpretiert, für Beispiel, weil das Gesetz der Schwerkraft, die wir angenommen — Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie – ist falsch," sagte Bertone. "Trotz viel Aufwand, gibt es heute keine befriedigende Theorie der Schwerkraft, das lässt sich mit allen Beobachtungsdaten vereinbaren ohne das Vorhandensein bestimmter Formen von dunkler Materie vorausgesetzt."

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt, wie Objekte verzerren Raum und Zeit, um die Schwerkraft zu erstellen.

Aber viele Wissenschaftler glauben, dass dunkler Materie am Ende zeigt ihr Gesicht, und bald.

"Aus meiner Sicht sind die vielversprechendste Klasse von dunkler Materie Experimenten in den nächsten zehn Jahren die unterirdische Detektoren-LUX, XENON - 1 Tonne, LX und andere," sagte Dan Hooper, Physiker am Fermilab in Batavia, Illinois

Die Detektoren "einfach immer mehr und mehr empfindlich, und bereits viele sonst attraktive dunkle-Materie-Kandidaten ausschließen. Der LHC und Gammastrahlen-Teleskope auch sehr wichtige Akteure in der Jagd für die dunkle Materie ", fügte er hinzu.

Und Hooper, sagte, das Fermi Gamma-Ray Space Telescope kann bereits entdeckt haben Hinweise auf Weicheier auf mehrfach, zuletzt im Jahr 2013. Das Teleskop entdeckt ein seltsames Licht nahe dem Zentrum der Milchstraße – möglicherweise Funken der Gammastrahlen von Teilchen der dunklen Materie an den Enden ihres Lebens.

"Das Signal nur mehr solide hält", sagte er. "Zu diesem Zeitpunkt würde ich einen selbst-Odds Einsatz, dass Fermi dunkle Materie Ihrem sieht machen."

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, korrekte Aussagen von Gianfranco Bertone über die Gewissheit der Suche nach dunkler Materie.

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