Fizikçiler, Fermi toplarından karanlık maddenin kökenine dair bir teori önerdiler

Fizikçiler, Fermi toplarından karanlık maddenin kökenine dair bir teori önerdiler
Fizikçiler, Fermi toplarından karanlık maddenin kökenine dair bir teori önerdiler
Anonim

Güney Koreli teorik fizikçiler tarafından önerilen yeni teoriye göre, karanlık madde, evrenin şafağı sırasında yoğun "ceplerde" paketlenmiş atom altı parçacıkların kuantum "torbaları" olan Fermi toplarından doğdu. Bu teori, karanlık maddenin Evrende neden sıradan, görünür madde üzerinde egemen olmaya başladığını açıkladığını iddia ediyor.

Güney Kore'deki Seul Ulusal Üniversitesi'ndeki Teorik Fizik Merkezi'ndeki teorik fizikçiler, gizemli ve anlaşılması zor karanlık maddenin Big Bang'den kalan Fermi toplarından oluşabileceğini öne sürdüler. Makalelerini arXiv.org elektronik önbaskı sitesinde yayınladılar.

Fermi topları, kendiliğinden simetri kırılması ve sonraki faz geçişi nedeniyle en erken Evren koşullarında ortaya çıkabilecek varsayımsal kozmolojik nesnelerdir. Bunlar, adını Fermi gama ışını teleskobundan alan ve merkezi süper kütleli kara deliğin aktivitesiyle oluşan Samanyolu'ndaki dev yapılar olan Fermi baloncukları ile karıştırılmamalıdır.

Karanlık madde, sıradan madde ile yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşen ve ışıkla etkileşmeyen gizemli bir maddedir. Bir zamanlar, karanlık maddenin Evrene nüfuz eden küçük kara deliklerden oluşabileceğine dair hipotezler öne sürüldü, ancak sayısal tahminler böyle bir olasılığı dışladı: bu tür kara deliklerin yanı sıra yıldız kütleli kara deliklerin sayısı, çeşitli deneysel verilerden (Planck uzay gözlemevinden, süpernova gözlemlerinden vb.) bilinen "Evrenin bütçesini" birleştirmek için çok küçük: sıradan (baryonik) maddenin sadece %5'i, karanlık maddenin %27'si olmalıdır madde ve karanlık enerjinin %68'i. Evrenin tüm tarihinde, ölümlerinden sonra, kütlesi mevcut tüm karanlık madde miktarını açıklayacak yeterli sayıda kara delik oluşturacak kadar çok yıldız oluşmadı. Şu anda, soğuk karanlık madde teorisi standart olarak kabul ediliyor ve onu oluşturan parçacıkların rolü için en olası adaylar, henüz tespit edilmemiş WIMP'ler - zayıf etkileşimli büyük parçacıklar.

Yeni teoriye göre, aranan kara delikler bir zamanlar Fermi toplarından veya Evrenin başlangıcı sırasında yoğun "ceplerde" karışan atom altı parçacıkların - fermiyonların - kuantum "torbalarından" ortaya çıkmış olabilir. Bu teori, karanlık maddenin Evrende neden sıradan, görünür madde üzerinde egemen olmaya başladığını açıkladığını iddia ediyor.

Merkezi'nde bir araştırmacı, "Bazı durumlarda Fermi toplarının çok sıkı bir şekilde paketlenebileceğini ve içlerindeki fermiyonların birbirine çok yakın olduğunu gördük, bu da Fermi topunun çökmesine ve bir kara deliğe dönüşmesine neden oldu" dedi. Seul Ulusal Ke-Pan Se Üniversitesi'nde Teorik Fizik, WordsSideKick.com ile bir röportajda.

Xie ve aynı Teorik Fizik Merkezi'nden meslektaşı Kiyoharu Kavanagh, karanlık maddenin uzaya nasıl hükmetmeye başladığını açıklayan bir senaryo geliştirdi. Evrenin bir saniyeden daha kısa olduğu bir zamanda, içinde fiziksel yasaların inanılmaz dönüşümleri oluyordu. Parçacıklar tuzaklara düştüler ve yalnızca çökebilecekleri ve kara deliklere dönüşebilecekleri kadar kompakt yapılara katıldılar. Daha sonra bu kara delikler, deneysel yöntemlerle oluşturulan aynı “bütçeyi” sağlayarak tüm Evreni doldurdu - diğer iki henüz saptanamayan bileşenin sıradan, baryonik madde üzerindeki açık egemenliği.

Kara delikler, karanlık madde gibi ışık yaymazlar, bu nedenle prensipte gizli kütle kaynağı olabilirler. Xie, "Kara delikler ışıksız ve kompakt nesneler olduğundan, karanlık madde adayları en doğal şekilde düşünülmelidir" diyor.

En erken Evrende var olan aşırı koşullar, modern uzayın normal koşullarında zaten imkansız olan fiziksel süreçlerde değişikliklere izin verir. Yeni teorideki ilk bileşen, Higgs alanı gibi tüm uzaya nüfuz eden ve parçacıklara kütlelerini veren skaler bir alandır. Evren genişleyip soğudukça, bu skaler alan bir faz geçişine maruz kaldı ve başka bir kuantum mekanik duruma geçiş yaptı. Bu faz geçişi aynı anda tüm Evreni aynı anda etkilemedi. Başlangıçta, geçişin çoktan başladığı yalnızca ayrı alanlar ortaya çıktı ve daha sonra hepsi, suyun bir tencerede kaynamasına benzer şekilde daha da yayıldı ve daha büyük ve daha büyük kabarcıklar oluşturdu. Ce, "Bu sürece birinci dereceden bir faz geçişi denir: su sıvı bir fazdan gaz haline geçer, ancak başlangıçta gaz sadece büyüyen kabarcıklar şeklinde ortaya çıkar."

Şimdi temel durum haline gelen skaler alanın yeni durumu, bu noktalardan kaynayan bir kabarcık akışına benzer şekilde yayılır. Sonunda kabarcıklar tamamen birbirleriyle birleşir ve skaler alan faz geçişini tamamlar.

Ancak, karanlık madde olan ilkel kara delikler yaratmak için Xie ve Kavanagh'ın başka bir bileşene ihtiyacı vardı. Modellerine yeni bir tür fermiyon eklediler. Fermiyonlar, tüm sıradan atomları oluşturan elektronları, protonları ve nötronları içeren yarı tamsayılı spinli parçacıklardır.

Çok erken evrende, bu fermiyonlar bir skaler alanda serbestçe hareket ediyorlardı, ancak yukarıda açıklanan faz geçişi sırasında kozmosun yeni temel durumunun küçük köpüklü "kabarcıklarına" nüfuz edemiyorlardı. Baloncuklar büyüdükçe, kalan ceplerde biriken fermiyonlar, Fermi topları haline gelir. Bununla birlikte, bu fermiyonlar arasında, Yukawa etkileşimi olarak bilinen ve Güney Koreli teorisyenler tarafından makalelerinde önerilen aynı skaler alanın neden olduğu ek bir kuvvet vardı. Fermiyonlar genellikle aynı kuantum durumuna ve küçük hacimlere düşmekten kaçınırlar, ancak skaler alan onlara bu doğal itmeyi bastıran etkileşim kuvvetini ekledi. Diyelim ki protonlar ve nötronlar kuark adı verilen daha küçük parçacıklardan oluşuyor. Kuarklar da aynı duruma düşmekten kaçınan fermiyonlardır, ancak ek nükleer kuvvet (güçlü etkileşim) onları birbirine yapıştırır. Böyle bir kuvvetin bir benzeri, Se ve Kavanagh modelinde hareket eden Yukawa etkileşimidir.

Güney Kore teorisine göre, faz geçişi tamamlandıktan sonra Fermi toplarının kaderi mühürlendi. Hızla değişen Evrenin küçük "ceplerine" sıkışan fermiyon demetleri, feci bir şekilde çöktü ve çok sayıda küçük kara delik oluşturdu. Bu kara delikler, faz geçişinin sonunda hayatta kaldı ve Evreni karanlık madde şeklinde doldurdu.

Önerilen: