(Phys.org) - För närvarande en av de starkaste kandidaterna för mörk materia är svagt interagerande massiva partiklar, eller WIMPS, även om denna hypotetiska partikel ännu inte direkt har detekterats. Nu i en ny studie, fysiker har föreslagit att mörk materia inte är en WIMP, och vidare, det är inte någon partikel som hittills är känd eller teoretiserad att existera.

Istället, fysikerna hävdar att mörk materia är gjord av partiklar från en av de många "dolda sektorerna" som man tror existerar utanför den "synliga sektorn" som omfattar hela vår synliga värld. Forskargruppen, Bobby Acharya, Sebastian Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson, och Malcolm Perry, från institutioner i Storbritannien, Italien, och USA, har publicerat sin studie i ett senaste nummer av Fysiska granskningsbrev.

Dolda sektorer är så kallade eftersom partiklar i dessa sektorer inte känner de starka och elektriskt svaga krafterna som de i den synliga sektorn gör, vilket minskar deras interaktion med den synliga sektorn kraftigt. Så dolda sektorpartiklar kan finnas runt omkring oss - vi har för närvarande inget sätt att upptäcka dem.

I det föreslagna scenariot, mörk materia består av partiklar i den dolda sektorn som kommunicerar via en portal från den dolda sektorn till den synliga sektorn, och på detta sätt utöva de gravitationseffekter som forskare länge har observerat.

Även om en sådan idé kan låta långsökt, dolda sektorer och portaler har länge varit komponenter i strängteori och M-teori-två teorier som försöker förklara partikelfysik på dess mest grundläggande nivå.

Huvudstödet för det nya påståendet är en fråga om stabilitet. I allmänhet, tyngre partiklar sönderfaller till lättare partiklar. Så lättare partiklar, vara mer stabil, är mycket mer troliga kandidater för mörk materia. Det är här det långvariga stödet för WIMP kommer från, eftersom WIMP är den lättaste supersymmetriska partikeln, och därför, tills nu, anses vara stabil.

Dock, eftersom man tror att det finns cirka 100 dolda sektorer, men bara en synlig sektor, forskarna hävdar i den nya studien att någon dold sektor sannolikt innehåller en partikel som är ännu lättare än WIMP.

Forskarna visar att WIMP teoretiskt sett kan förfalla till en eller flera lättare dolda sektorpartiklar, som i sin tur kan förfalla till ännu lättare dolda sektorpartiklar. Så den lättaste supersymmetriska partikeln i den synliga sektorn skulle inte vara tillräckligt stabil för att vara mörk materia. Istället, enligt detta argument, några för närvarande okända dolda sektorpartiklar skulle vara en mycket mer sannolik kandidat för mörk materia.

"Den största betydelsen av vårt arbete är att det tvingar teoretiker att ompröva paradigmet för det som kallas WIMP mörk materia, "Ellis, en fysiker vid University of Michigan, berättade Phys.org . "WIMP har varit de mest populära kandidaterna för vad som utgör mörk materia i över 30 år. En WIMP är en partikel som liknar Higgs eller Z-boson som är elektriskt neutrala, tunga partiklar som deltar i de svaga kärnkraftsinteraktionerna, men till skillnad från Higgs eller Z-boson, WIMP mörk materia skulle vara stabil på kosmologiska skalor. WIMP mörk materia har oftast diskuterats inom ramen för supersymmetri (SUSY).

"I 30 år, teoretiker har trott att i SUSY -modeller, den lättaste SUSY -partikeln var en bra kandidat för mörk materia på grund av dess stabilitet. Dock, i vårt papper hävdar vi att om du tar standardmodellen för partikelfysik som bosatt i ett större, sträng/M-teori ram, då är supersymmetriska WIMP förmodligen inte en bra kandidat för mörk materia, eftersom vi visar att de vanligtvis är instabila.

"Stränglandskapet omfattar ett stort antal möjliga lågenergiteorier. Men vi fann att nästan hela landskapet skulle uppvisa denna funktion av WIMP -instabilitet. En sådan slutsats innebär att om vi på allvar ska tänka på att bädda in vårt synliga universum i en strängteori, vi måste allvarligt överväga den naturliga möjligheten att mörk materia finns i en dold sektor, eller vi tvingas in i ett mycket otypiskt hörn av stränglandskapet. "

Om mörk materia visar sig vara en dold sektorspartikel, det skulle förklara varför WIMP har varit så svårt att upptäcka i partikelkolliderare. För att upptäcka en WIMP, forskare måste ändra sin sökning och leta på olika platser.

"Om mörk materia kommer från en dold sektor, det utgör en allvarlig fråga om hur man upptäcker det, annat än genom sina gravitationella interaktioner, "Sa Ellis." String/M-teori kan tillhandahålla så kallade "portaler" som förbinder dessa dolda sektorer med vår synliga sektor, vilket potentiellt leder till ett sätt att söka efter dold sektors mörk materia. Också, om mörk materia experimentellt 'bevisat' befinner sig i en dold sektor, det skulle passa mycket naturligt med typiska modeller av universum som uppstår i sträng och M-teori. "

I framtiden, forskarna planerar att ytterligare undersöka den exakta signaturen på en WIMP som förfaller i en dold sektorspartikel, som skulle vägleda framtida experiment.

"Vi håller för närvarande på att färdigställa ett uppföljningspapper där vi överväger typiska sträng-/M-teori dolda sektorkonstruktioner som kan ge bra kandidater för mörk materia, "Sa Ellis." Viktigast av allt, vi finner att det finns sådana kandidater. Den typiska signaturen för sådana konstruktioner är att när SUSY -partiklar produceras i en kolliderare, WIMP förfaller snabbt till den dolda sektorn och andra synliga partiklar. Således skulle man förvänta sig den typiska kollidersignaturen för SUSY, nämligen saknad energi, men åtföljs av fler partiklar än vid en typisk SUSY -händelse. "