Sebuah teori baru menunjukkan bahwa materi gelap bisa menjadi pengungsi kosmik tambahan

materi gelapmateri yang sulit dipahami yang membentuk mayoritas massa di alam semesta, mungkin terdiri dari partikel masif yang disebut graviton yang pertama kali muncul pada saat pertama setelah ledakan besar.

Sebuah teori baru menunjukkan bahwa partikel virtual ini mungkin pengungsi kosmik dari dimensi ekstra.

Perhitungan para peneliti menunjukkan bahwa partikel-partikel ini dapat terbentuk dalam jumlah yang tepat untuk dijelaskan materi gelapyang hanya dapat “dilihat” oleh gravitasinya pada materi biasa.

“Graviton masif dihasilkan oleh tabrakan partikel biasa di alam semesta awal.

Proses ini dianggap terlalu langka bagi graviton masif untuk menjadi kandidat materi gelap, ”kata rekan penulis studi Giacomo Cacciaglia, seorang fisikawan di University of Lyon di Prancis, kepada Live Science.

Namun dalam sebuah studi baru yang diterbitkan pada bulan Februari di jurnal Surat Tinjauan FisikCacciapaglia, bersama dengan fisikawan Universitas Korea Haiying Cai dan Seung J. Lee, menemukan bahwa cukup banyak graviton yang disintesis di alam semesta awal untuk menjelaskan semua materi gelap yang saat ini kita temukan di alam semesta.

Studi ini menemukan bahwa graviton, jika ada, akan memiliki massa kurang dari 1 megaelektronvolt (MeV), jadi tidak lebih dari dua kali massa elektron.

Tingkat massa ini jauh lebih rendah daripada skala di mana Higgs boson Ini menghasilkan massa materi biasa – yang penting bagi model untuk menghasilkan cukup banyak untuk menjelaskan semua materi gelap di alam semesta. (Sebagai perbandingan, partikel paling ringan yang diketahui adalah neutrinoberatnya kurang dari 2 MeV, sedangkan proton beratnya sekitar 940 MeV, menurut Institut Standar dan Teknologi Nasional.)

Tim menemukan graviton hipotetis ini saat mencari bukti dimensi ekstra, yang diduga oleh beberapa fisikawan ada di samping tiga dimensi ruang dan dimensi keempat yang diamati. waktu.

Dalam teori tim, ketika gravitasi Ini menyebar melalui dimensi tambahan, dan diwujudkan di alam semesta kita sebagai graviton masif.

Tetapi partikel-partikel ini akan berinteraksi secara lemah dengan materi biasa, dan hanya dengan gaya gravitasi.

Deskripsi ini sangat mirip dengan apa yang kita ketahui tentang materi gelap, yang tidak berinteraksi dengan cahaya tetapi memiliki efek gravitasi yang dirasakan di mana-mana di alam semesta. Efek gravitasi ini, misalnya, yang mencegah galaksi terbang menjauh.

“Keuntungan utama graviton masif sebagai partikel materi gelap adalah bahwa mereka hanya berinteraksi melalui gravitasi, dan dengan demikian dapat lolos dari upaya untuk mendeteksi keberadaan mereka,” kata Kacchiapalia.

Sebaliknya, kandidat materi gelap lainnya telah mengusulkan – seperti interaksi partikel masif yang lemah, akson, dan neutrino Mereka juga dapat dirasakan melalui interaksi mereka yang sangat halus dengan kekuatan dan domain lain.

Fakta bahwa graviton masif hampir tidak berinteraksi melalui gravitasi dengan partikel dan gaya lain di alam semesta menawarkan keuntungan lain.

“Karena interaksi mereka yang sangat lemah, mereka meluruh begitu lambat sehingga mereka tetap stabil sepanjang kehidupan alam semesta. Untuk alasan yang sama, mereka diproduksi secara perlahan selama perluasan alam semesta dan terakumulasi di sana hingga hari ini,” kata Cacciapaglia.

Di masa lalu, fisikawan mengira graviton kemungkinan merupakan kandidat materi gelap karena proses yang menghasilkannya sangat jarang. Akibatnya, graviton akan dihasilkan pada tingkat yang jauh lebih rendah daripada partikel lain.

Tetapi tim menemukan bahwa dalam picoseconds (triliun detik) setelahnya ledakan besarNamun, lebih banyak graviton ini dapat diciptakan daripada yang disarankan oleh teori sebelumnya.

Studi ini menemukan bahwa dorongan ini cukup untuk graviton masif untuk menjelaskan dengan tepat berapa banyak materi gelap yang kita temukan di alam semesta.

“Penguatan itu mengejutkan,” kata Kachiapalia. “Kami harus menjalankan banyak tes untuk memastikan bahwa hasilnya benar, karena ini menghasilkan perubahan paradigma dalam cara kami menganggap graviton masif sebagai kandidat potensial untuk materi gelap.”

Karena graviton masif terbentuk di bawah skala energi di Higgs bosonbebas dari ketidakpastian terkait dengan skala energi yang lebih tinggi, yang tidak dijelaskan dengan baik oleh fisika partikel saat ini.

Teori tim menghubungkan fisika yang dipelajari dalam akselerator partikel seperti Collider Hadron Besar Dengan fisika gravitasi.

Ini berarti akselerator partikel yang kuat seperti Future Circular Collider di CERN, yang akan mulai beroperasi pada tahun 2035, dapat mencari bukti partikel materi gelap yang potensial.

“Mungkin tembakan terbaik kami pada tabrakan partikel resolusi tinggi di masa depan,” kata Kachiapalia. “Ini adalah sesuatu yang sedang kami selidiki.”

Artikel ini awalnya diterbitkan oleh ilmu hidup. Membaca Artikel asli ada di sini.