|  | 20 декабря 2015 | Научно-популярное

Знакомьтесь - пять основных кандидатов на звание темной материи

Темная материя


Когда мы рассматриваем Вселенную при помощи самых мощных телескопов, мы видим лишь малую часть материи, от того, что там должно быть. Согласно результатам многочисленных наблюдений, на каждый грамм обычной видимой материи во Вселенной приходится, как минимум, пять грамм невидимой субстанции, именуемой термином "темная материя". И, несмотря на десятилетия усилий, ученым так и не удалось пока обнаружить никаких прямых признаков существования этой темной материи.

Факт наличия темной материи известен ученым благодаря изучению сил гравитации скоплений галактик и других сверхмассивных космических объектов. Количества обычной материи, из которой состоят эти объекты, недостаточно для создания гравитационных сил, способных удерживать эти объекты в целостности. Это, в свою очередь, означает, что в недрах этих объектов должно находиться большое количество дополнительной невидимой материи, состоящей из элементарных частиц новых видов, которые еще не были открыты учеными.

В природе существуют четыре вида фундаментальных сил, при помощи которых элементарные частицы взаимодействуют друг с другом и окружающей их средой. Есть силы сильных ядерных взаимодействий, за счет которых удерживаются частицы, из которых состоят ядра атомов. Есть силы слабых ядерных взаимодействий, которые принимают участие в процессах распада ядер атомов. Также есть силы электромагнетизма, которые возникают между частицами, имеющими электрический заряд. И, наконец, еще существуют силы гравитации. Для того, чтобы иметь возможность наблюдать материю непосредственно, требуется чтобы ее частицы могли взаимодействовать посредством сил электромагнетизма, поскольку в результате этого возникают фотоны света или другие виды излучения, которые можно зарегистрировать при помощи телескопов или других научных инструментов.

На должность темной материи у ученых уже имеется несколько кандидатов, каждый из которых взаимодействует с окружающим миром своим уникальным способом. Однако, некоторые из этих кандидатов имеют большую вероятность быть частицами темной материи. И ниже мы познакомим вас с пятеркой основных претендентов, имеющих самую большую вероятность.


WIMP-частица


1. WIMP

WIMP-частицы (Weakly Interacting Massive Particle) являются частицами гипотетического типа, которые коренным образом отличаются от любых известных нам частиц. Такое различие объясняет, почему такие частицы очень тяжело не то, что увидеть, но и зарегистрировать при помощи специально предназначенных для этого научных инструментов. Согласно имеющейся теории, каждый квадратный сантиметр площади пронизывается в секунду 100 тысячами WIMP-частиц, однако, они способны взаимодействовать с окружающим миром только через силы слабых ядерных взаимодействий и через силы гравитации, что обеспечивает их неуловимый характер.

Математические модели показывают, что если WIMP-частицы существуют в реальности, то их размеры должны минимум в пять раз превышать размеры самых больших частиц обычной материи. И эти данные совпадают с соотношением между обычной и темной материей, вычисленным учеными при помощи некоторых вторичных эффектов. Такие частицы можно обнаружить только в редкие моменты их "лобового" столкновения с ядрами атомов обычной материи, в результате которых будут произведены фотоны света. И сейчас проводится несколько экспериментов, в том числе и XENON100, целью которых является регистрация таких столкновений.

Следует отметить, что WIMP-частицы являются предметом исследований, направленных на изучение физики, лежащей за пределами Стандартной Модели. Тем не менее, и в Стандартной Модели определена возможность существования этих частиц.


Аксион


2. Аксионы

Аксионы (Axions) - это частицы с малой массой, двигающиеся с относительно небольшой скоростью, которые способны взаимодействовать с другими частицами только при помощи сил слабых ядерных взаимодействий. Это обуславливает то, что их очень тяжело обнаружить, однако не исключает полностью возможности этого обнаружения. Если аксионы существуют, то они должны распадаться, образуя пары частиц света, фотонов, которые, в свою очередь достаточно просто зарегистрировать при помощи современных технологий. И такие поиски аксионов ведутся в настоящее время несколькими экспериментами, в том числе Axion Dark Matter Experimentis.


MACHO-оббъект


3. MACHO

Аббревиатура MACHO является сокращением от "massive astrophysical compact halo object", и эти объекты являются самыми первыми кандидатами на должность темной материи. В отличие от всякого рода элементарных частиц, MACHO-объекты являются компактными, но массивными космическими объектами, такими, как нейтронные звезды, коричневые и белые карлики, состоящие из обычной материи. Однако, они являются невидимыми в силу одной особенности - они не излучают ни света, ни излучения любого другого вида.

Единственным способом наблюдать MACHO-объекты является регистрация изменений яркости свечения далеких звезд, транзитный метод, используемый для поисков экзопанет. Более того, такие объекты можно находить при помощи эффекта гравитационных линз, тем не менее, за все время исследований ученые не получили достоверных подтверждений существования MACHO-объектов.


Параллельные измерения


4. Частицы Калуцы-Клейна

Основой теории Калуцы-Клейна (Kaluza-Klein) является невидимое пятое измерение, скрытого в пространстве, которое дополняет три пространственных измерения, которые нам хорошо известны, и время. Эта теория была основой, на которой построена нынешняя теория струн, и она определяет возможность существования частиц, которые вполне могут являться частицами темной материи. Согласно теории, частицы Калуцы-Клейна должны иметь массу в 440-600 раз превышающую массу протонов, они могут взаимодействовать с окружающей средой при помощи сил электромагнетизма и гравитации. Однако, наблюдая за Вселенной, ученые не могут видеть эти частицы, так как они скрыты в недрах пятого дополнительного измерения.

К счастью, такие частицы можно достаточно легко обнаружить экспериментальным путем, ведь они должны распадаться, образуя нейтрино и фотоны. И следы распадов такого вида ученые сейчас ищут в ходе экспериментов на Большом Адроном Коллайдере.


Суперсимметрия


5. Гравитино

Теории, являющиеся комбинацией Общей теории относительности Альберта Эйнштейна и теории суперсимметрии, определяют возможность существования экзотической частицы под названием гравитино (gravitino). Теория суперсимметрии, которая является одной из успешных современных теорий, объясняющих множество феноменов и аномалий в наблюдениях, определяет, что все частицы-бозоны, в том числе и фотон, обладают "суперсимметричным" партнером. В случае фотона этот партнер, отличающийся от оригинала типом углового момента вращения, имеет название фотино (photino). А у гравитона, гипотетической частицы, определяющей гравитационное поле, имеется суперпартнер под названием гравитино. Согласно некоторым моделям частицы-гравитино очень легки и они вполне подходят в качестве кандидатов на частицы темной материи, обладая сильным гравитационным полем.




Ключевые слова:
Темная, Материя, Стандартная, Модель, Частица, WIMP, Axion, MACHO, Суперсимметрия, Измерение, Теория

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • HAYSTAC - новый датчик, предназначенный для поисков аксионной темной матери ...
  • Согласно новой теории, Земля может иметь невидимую "мохнатую шубу", состо ...
  • Выдвинута новая теория о темной материи, объясняющая "недостающую" массу ...
  • Выдвинута теория, согласно которой темная материя состоит из частиц, хорошо ...
  • Один из главных кандидатов вычеркнут из списка поисков темной материи

  • seopult.tv


    20 декабря 2015 16:54
    #1 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    эти объекты являются самыми первыми кандидатами на должность темной материи. В отличие от всякого рода элементарных частиц, MACHO-объекты являются компактными, но массивными космическими объектами, такими, как нейтронные звезды, коричневые и белые карлики, состоящие из обычной материи. Однако, они являются невидимыми в силу одной особенности - они не излучают ни света, ни излучения любого другого вида.


    Это представления 30-летней давности.
        
    20 декабря 2015 17:10
    #2 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3782
    Цитата: radio
    Это представления 30-летней давности.

    Тем не менее, он пока не опровергнуто и рассматривается как один из вариантов, пусть и самый маловероятный из всего вышеперечисленного.


    --------------------
        
    20 декабря 2015 18:02
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Цитата: FomaNeverujuwij
    Тем не менее, он пока не опровергнуто и рассматривается как один из вариантов, пусть и самый маловероятный из всего вышеперечисленного.

    Опровергнуть наличие таких объектов невозможно в принципе, поскольку они существуют в природе. Проблема лишь в том, что в них не может быть сосредоточено 4/5 всей массы вселенной - при таком ее количестве они уже должны были быть обнаружены во множестве мест и разными способами. А какую-то, скорее всего незначительную, долю общей массы они конечно имеют.
    И еще странно, что совершенно не упомянуты нейтрино. Их общая масса на данный момент неизвестна и может оказаться весьма значительной, хотя тоже 80% всей массы очень вряд ли наберут.
        
    20 декабря 2015 19:14
    #4 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    "В природе существуют четыре вида фундаментальных сил, при помощи которых элементарные частицы взаимодействуют друг с другом и окружающей их средой."

    мда.. в принципе, дальше этого можно уже не читать))

    если, конечно, автор текста не подразумевал под четвертой фундаментальной силой (кроме электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий) хиггсовского взаимодействия.. но, судя по лихости, с которой автор решил опустить перечисление фундаментальных сил природы, которых он насчитал, неведомым образом, 4 штуки, подразумевал он в качестве 4-ой фундаментальной силы, с которой "элементарные частицы взаимодействуют друг с другом и окружающей их средой" гравитацию (?!).. чем, собственно, раскрыл свое полное непонимание предмета, о котором взялся здесь написать.. (

    а вот является ли гравитация в действительности фундаментальной силой природы, такой же, как электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействия - большой вопрос, ответ на который может сильно изменить направление поиска ответов на вопрос, что из себя может представлять темная материя (как и темная энергия).


    --------------------
        
    6 мая 2016 10:14
    #5 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 167
    Цитата: interim
    мда.. в принципе, дальше этого можно уже не читать))

    Пожалуйста, перепишите статью в Википедии о фундаментальных взаимодействиях, чтобы неспециалистов не вводила в заблуждение, там их четыре не считая хигсовского, не смотря на то, что для гравитации не найден переносчик взаимодействия.
        
    6 мая 2016 14:04
    #6 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    Цитата: enigman
    перепишите статью в Википедии о фундаментальных взаимодействиях, чтобы неспециалистов не вводила в заблуждение, там их четыре не считая хигсовского


    Вы не внимательны к сути утверждений в данной статье, против которых я возражаю: "В природе существуют четыре вида фундаментальных сил, при помощи которых элементарные частицы взаимодействуют друг с другом и окружающей их средой."

    а теперь сравните с Википедией, как там написано в статье "фундаментальные взаимодействия" (хотя соглашусь, что это не всегда гарантированно надежный источник информации и определений, особенно в русскоязычной версии, но все же достаточно качественный и более надежный, чем dailytechnoinfo. очевидных ляпов в Вики гораздо меньше!): "Фундаментальные взаимодействия — качественно различающиеся типы взаимодействия _элементарных частиц_ и составленных из них _тел_."

    улавливаете разницу? нужно пояснить, чем подход Стандартной модели элементарных частиц, в рамках КТП, отличается от классического описания гравитационного взаимодействия в ОТО?


    --------------------
        
    6 мая 2016 14:36
    #7 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 167
    interim, т.е. основная претензия к автору в том что термин "сила" не равен по смыслу термину "взаимодействию"?


    Цитата: interim
    нужно пояснить, чем подход Стандартной модели элементарных частиц, в рамках КТП, отличается от классического описания гравитационного взаимодействия в ОТО?

    Что не мешает искать переносчик гравитационного взаимодействия и надеяться на открытие "теории всего"
        
    6 мая 2016 15:10
    #8 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    Цитата: enigman
    основная претензия к автору в том что термин "сила" не равен по смыслу термину "взаимодействию"?


    нет, здесь это не столь существенная тонкость, хотя в КТП действительно не используется классическое понятие "сила" (заодно, позволю обратить Ваше внимание на очередной ляп в русской Вики в статье "Сила", который Вы вряд ли где-либо сможете обнаружить в англоязычном разделе, прописанном много тщательней и качественнее!) и этот ляп аналогичен ляпу в обсуждаемой здесь статье: "С точки зрения Стандартной модели физики элементарных частиц фундаментальные взаимодействия (гравитационное, слабое, электромагнитное, сильное) осуществляются посредством обмена так называемыми калибровочными бозонами."

    так вот, важно понимать, что Стандартная модель НЕ ВКЛЮЧАЕТ описание гравитационного взаимодействия, ни в каком виде!!
    фундаментальные взаимодействия, описываемые в рамках Стандартной модели, имеют другие масштабы и уровни энергии (!), по сравнению с гравитационным взаимодействием. Стандартная модель не включает ОТО (гравитацию) - эти теории принципиально несовместимы в рамках подходов СМ.

    Цитата: enigman
    Что не мешает искать переносчик гравитационного взаимодействия и надеяться на открытие "теории всего"


    дальнейшим развитием Стандартной модели считается теория струн или М-теория, которая претендует (и вполне обоснованно!) найти универсальное описание всех известных фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию, в рамках единого подхода. и действительно, есть веские основания считать, что гравитация не является фундаментальной силой -- во всяком случае такой же, как остальные, описываемые СМ в виде взаимодействий между отдельными точечными элементарными частицами -- а проявляется как "энтропийная сила" на больших масштабах..


    --------------------
        
    6 мая 2016 15:11
    #9 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 167
    interim, так вроде бы в статье все четыре взаимодействия не приписываются СМ, просто упоминаются четыре вида взаимодействия. В Вики упоминается гипотетический гравитон, который мог бы отвечать за гравитацию, и так же честно упоминается, что его не обнаружили. ОТО же вообще не нуждается в гравитонах, только, насколько я понимаю, концепция четырехмерного пространства-времени, искажаемого массой/энергией позволяет корректно количественно описать гравитацию, но при этом ее механизм может быть другим.
        
    6 мая 2016 15:35
    #10 Написал: interim

    Публикаций: 0
    Комментариев: 176
    Цитата: enigman
    так вроде бы в статье все четыре взаимодействия не приписываются СМ


    я выше чуть дополнили и уточнил. Вы возражаете и задаете новые вопросы быстрее, когда я еще продолжаю править свои ответы))

    теория элементарных частиц и их взаимодействий - это и есть СМ! никакой иной, столь же полной и точной теории элементарных частиц/материи не существует. это вообще наиболее полная и беспрецедентно точная из всех ныне существующих теорий физики! поэтому, если речь идет об элементарных частицах - значит это в рамках СМ. а ляп тут в точности аналогичен ляпу в статье "Сила" в русскоязычной Вики. так что можете там это смело исправить ;)


    --------------------
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.