Dunkle Pion Teilchen können unsichtbare Materie des Universums erklären.


Dunkler Materie ist der geheimnisvolle Stoff, dass Kosmologen rund 85 Prozent aller Materie im Universum ausmacht denken. Eine neue Theorie sagt, dass dunkler Materie einen bekannteren Partikel ähneln könnte. Wenn das stimmt, wäre das ein Fenster in eine unsichtbare, dunkle Materie-Version der Physik eröffnen.

Der einzige Weg, die dunkle Materie mit irgendetwas anderem wechselwirkt ist über die Schwerkraft. Wenn Sie dunklen Materie in einen Eimer geschüttet, es würde direkt durch sie gehen weil es nicht auf Elektromagnetismus reagieren (ein Grund dafür kann man auf dem Boden stehen ist, weil die Atome in den Füßen durch die Atome in der Erde abgestoßen werden). Noch dunkler Materie reflektieren oder absorbieren Licht. Es ist daher unsichtbar und ungreifbar.

Wissenschaftler waren in ihrer Existenz Bescheid übrigens Galaxien Verhalten. Die Masse der Galaxien berechnet aus sichtbaren Dinge, die sie enthalten nicht genug um sie aneinander gebunden zu halten. Später, zeigte in welches Licht in Gegenwart von Schwerkraftfeldern beugt, Beobachtungen der Schwerkraft lensing, gab es etwas, das mehr massiven Galaxienhaufen, die konnte nicht gesehen werden. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Unsichtbare Pionen

Nun hat ein Team von fünf Physiker vorgeschlagen, dass dunkler Materie eine Art unsichtbare, immaterielle Version von einem Pion, ein Teilchen sein könnte, die ursprünglich in den 1930er Jahren entdeckt wurde. Ein Pion ist eine Art von Meson — eine Kategorie von Teilchen bestehend aus Quarks und Antiquarks; neutralere Pionen Reisen zwischen Protonen und Neutronen und in Atomkernen zusammen binden.

Die meisten Vorschläge über dunkle Materie zu übernehmen, es setzt sich aus Teilchen, die viel mit einander interagieren nicht — sie durchdringen einander, nur sanft berühren. Der Name für solche Teilchen ist schwach massive Teilchen oder Weicheier interagieren. Eine weitere Idee ist, dass dunkler Materie besteht aus Axionen, hypothetische Teilchen, die einige unbeantworteten Fragen über das Standardmodell der Teilchenphysik lösen könnte. Axionen würde nicht entweder stark miteinander wechselwirken.

Der neue Vorschlag wird davon ausgegangen, dass die dunkle Materie Pionen viel stärker miteinander interagieren. Wenn die Partikel berühren, sie teilweise zu vernichten und verwandeln Sie in normale Materie. "Es ist ein SIMP [stark wechselwirkende massive Teilchen]," sagte Yonit Hochberg, Postdoktorand in Berkeley und führen Autor der Studie. "Stark Interaktion mit sich selbst."

Um in die normale Materie zu vernichten, müssen die Partikel in einem "drei-zu-zwei" Muster kollidieren drei Teilchen der dunklen Materie treffen. Einige der dunklen Materie "Quarks", aus denen die Particlesannihilate und biegen Sie in die normale Materie einige dunklen Materie hinterlassen. Mit diesem Verhältnis wäre das Ergebnis das richtige Verhältnis der dunklen Materie normale Materie im aktuellen Universum überlassen.

Diese neue Erklärung deutet darauf hin, dass im frühen Universum dunkel Pionen miteinander kollidieren würde Verringerung der Menge an dunkler Materie. Aber wie das Universum, die Partikel erweitert weniger oft, bis jetzt, wenn sie verteilt sind so dünn, dass sie kaum jemals treffen überhaupt kollidieren würde.

Die Interaktion ist eine enge Ähnlichkeit, was geladene Pionen in der Natur geschieht. Diese Partikel bestehen aus einem Up-Quark und einem Anti-Down-Quark. (Quarks kommen in sechs Geschmacksrichtungen oder Typen: oben, unten, oben, unten, Charme und fremd.) Wenn drei Pionen gerecht zu werden, sie teilweise zu vernichten und werden zwei Pionen. [7 merkwürdige Fakten über Quarks]

"[Theorie] basiert auf etwas Ähnliches – etwas, das bereits in der Natur geschieht", sagte Eric Kuflik, Postdoktorand an der Cornell University in New York und Co-Autor der Studie.

Verschiedene Arten von pion

Für die neue Erklärung zu arbeiten müssten die dunkle Materie Pionen von etwas anders als normale Materie gemacht werden. Und zwar deshalb, weil alles normale Quarks gemacht einfach so verhalten würde nicht, was dunkler Materie tut, zumindest nicht in der Gruppe Berechnungen. (Es gibt Theorien, die Strange-Quarks die dunkle Materie bilden konnte).

Geladene Pionen bestehen ein Up-Quark und einem Anti-Down-Quark oder ein nach unten und Anti-Up-Quark, während neutrale Pionen sind aus einem Up-Quark plus ein Anti-Up oder ein Down-Quark plus ein Anti-Down.

In der neuen Hypothese dunkle Materie Pionen dunkle Materie Quarks bestehen, die durch dunkle Materie Gluonen zusammengehalten werden. (Normale Quarks werden durch normale Gluonen zusammengehalten.) Die dunklen Quarks nicht wie die bekannten sechs Typen, und das dunkle Gluon würde, im Gegensatz zu gewöhnlichen Gluonen, Masse, haben nach der Mathematik.

Dunkle Pionen und Zwerggalaxien

Ein weiterer Co-Autor auf dem Papier, Hitoshi Murayama, Professor für Physik an der University of California, Berkeley, sagte, die neue Hypothese würde dazu beitragen, die Dichte von bestimmten Arten von Zwerggalaxien zu erklären. Computersimulationen zeigen Zwerggalaxien mit sehr dichten Mittelbereichen, aber das ist nicht, was Astronomen in den Himmel zu sehen. "Wenn SIMPs verteilt sind, ist die Verteilung flacher – es funktioniert besser," sagte er. [Galerie: dunkle Materie im ganzen Universum]

Dan Hooper, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fermi National Accelerator Laboratory in Illinois, sagte, er ist nicht ganz davon überzeugt, dass dieses Modell der dunklen Materie das Zwerg Galaxy Rätsel erklären muss. "Es gibt eine Handvoll Leute, die sagen, dass Zwerge nicht aussehen, wie wir es erwarten," sagte er. "Aber Sie benötigen eine andere Eigenschaft, die zu lösen? Menschen haben gezeigt, dass es die Erwärmung des Gases sein könnte." Das heißt, wäre weniger dicht gasbeheizte im Mittelpunkt einer Zwerggalaxie.

Der Large Hadron Collider könnte bald bieten einen Einblick in die Lager ist richtig; seltsame neue "dunkle Pionen" dunkle Materie sind oder dass sie nicht und es etwas anderes ist. Teilchen-Beschleuniger zu arbeiten, indem man Atomkerne--in der Regel Wasserstoff aber manchmal schwerere Elemente wie Blei – und zerschlagen sie zusammen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Die daraus resultierende Explosion streut neue Teilchen, die Energie des Aufpralls geboren. In diesem Sinne sind die Partikel der "Splitter".

Kuflik sagte, wenn es "Masse fehlt" (genauer gesagt, Masse-Energie) aus der Kollision der Teilchen, die eine starke Zeiger auf die Art der dunklen Materie ist, die die Forscher suchen. Dies ist weil Masse und Energie erhalten bleiben; Wenn die Produkte einer Kollision nicht bis zur gleichen Höhe von Masse und Energie, Sie begann mit übereinstimmen, bedeutet, dass möglicherweise eine bisher unbekannte Teilchen, der Erkennung irgendwo zu entkommen.

Solche Messungen sind schwer zu tun, obwohl, so es eine Menge Daten dauert zu sehen, ob das passiert und was die Erklärung Sichten.

Eine weitere Möglichkeit, dunkle-Materie-Teilchen aufspüren möglicherweise in einem Detektor, die mit flüssigen Xenon oder Germanium, in denen Elektronen von einem vorbeifahrenden dunkle Materie Viruspartikel gelegentlich aus einem Atom geschlagen zu bekommen würde. Gibt es bereits ein Experiment so, obwohl die großen unterirdischen Xenon (LUX) Projekt in South Dakota. Es noch nichts gefunden, aber es konzentrierte sich auf Weicheier (sei es in der Lage, einige Arten auszuschließen). Eine neuere Version des Experiments ist geplant; Es kann andere Arten von Teilchen der dunklen Materie erkennen.

Das Team arbeitet derzeit an einem Papier skizziert die Art von Beobachtungen, die diese Art von dunkler Materie erkennen würde. "Wir arbeiten derzeit auf das Schreiben von explizite Möglichkeiten, die diese dunklen Pionen mit gewöhnlicher Materie interagieren können," sagte Hochberg.

Die Studie erscheint in der 10 Juli-Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters.

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