(Phys.org)—Det finns inte så mycket mörk materia i dag som det brukade vara. Enligt en av de mest populära modellerna av mörk materia, universum innehöll mycket mer mörk materia tidigt när temperaturen var varmare. När universum svalnade, den mörka materien utplånades, åtminstone fram till en punkt då termisk jämvikt nåddes och förintelserna upphörde, vilket resulterar i att antalet partiklar av mörk materia i universum "fryser ut" och förblir ungefär konstant.

Även om detta scenario, kallas "det svagt interagerande massiva partikeln" (WIMP) -scenariot, har undersökts i stor omfattning, Det är fortfarande oklart om den mörka saken verkligen är en WIMP.

I en ny studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , Cornell fysiker Jeff Asaf Dror, Eric Kuflik, och Wee Hao Ng har föreslagit en ny mekanism för utfrysning av mörk materia där det inte finns några, utan många mörka sektorpartiklar som alla förfaller för att producera den observerade densiteten i mörk materia. En eller flera av dessa partiklar är potentiella kandidater för mörk materia.

"Under en lång tid, the Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) har varit paradigmet för att förklara partikelkaraktären hos mörk materia, " Kuflik berättade för Phys.org. "De flesta experiment för att upptäcka mörk materia var utformade för att hitta något som ser ut som en WIMP. Motiveringen för vårt arbete var att försöka hitta andra förklaringar till den mörka materiens natur som man experimentellt skulle söka efter på ett kvalitativt annorlunda sätt än WIMP.

"Samtidig sönderfallande mörk materia ger en ny mekanism för mörk materia att frysa ut och erhålla dess observerade reliköverflöd. Här kan mörk materia frysa ut tidigt i universum och få det korrekta överflöd som vi observerar idag. Dess egenskaper tyder på att de nuvarande experimenten skulle inte vara känslig för denna typ av mörk materia, men det kan leda till andra, unika experimentella signaturer. Vidare, mekanismen är ganska allmän och kommer att realiseras i många utökningar av standardmodellen för partikelfysik. "

Som fysikerna förklarar, en av de största skillnaderna mellan den nya och tidigare mekanismen är att, i den nya mekanismen, den mörka sektorn frikopplas från standardmodellen tidigt, vilket får de två sektorerna att komma ur jämvikt. Denna modifiering ändrar förfallshastigheten genom att fördröja startpunkten för förfallet, vilket gör att frysningen börjar senare. I slutändan leder detta till en mindre densitet av mörk materia.

Om densiteten för mörk materia är mindre som förutsagt här, för att matcha det observerade överflödet av mörk materia, annihilationshastigheten måste vara större än i tidigare mekanismer. Den större förintelsehastigheten kan upptäckas genom framtida experiment för indirekt upptäckt, som skulle kunna skilja mellan de två scenarierna.

"Experiment med indirekt detektering av mörk materia är experiment som letar efter biprodukter från mörk materia som förstör eller förfaller i rymden, "Dror förklarade." Experimenten pekar ut teleskop eller satelliter i regioner där det förväntas ett stort antal partiklar av mörk materia (t.ex. galaxernas centrum). Ofta, biprodukterna är fotoner (ljusets kvanta) som kan detekteras nära jorden. I kontrast, direktdetekteringsexperiment motsvarar att vänta på att mörk materia partiklar själva ska kollidera med partiklar i detektorer på jorden. Den primära fördelen med indirekt detektering jämfört med metoder för direktdetektering är att medan den senare antar att mörk materia ofta kommer att kollidera med laboratorieexperiment, det förra gör det inte. Verkligen, detta behöver inte vara fallet:medförmultnande mörk materia är ett utmärkt exempel där direktdetekteringssignaler är små, medan indirekt detekteringssignaler är framträdande. "

Forskarna planerar att utforska dessa möjligheter i framtiden, och även undersöka egenskaperna hos partiklar av mörk materia och hur denna typ av mörk materia kan passa in i ett större ramverk.

"Vi undersöker flera nya effekter som sådan mörk materia kan ha, "Ng sa." Några av dessa pågår fortfarande så vi är ännu inte redo att diskutera resultaten. Ett exempel på en effekt vi utforskar är partiklar som produceras vid LHC, tvärs ett stort avstånd i detektorn, och sedan förfalla till mörk materia.

"Vi studerar också explicita partikelförståelser av samförfallande mörk materia. Samförfallande mörk materia är en ram för att producera rätt överflöd, och nya partikelfysikmodeller som inser ramverket utforskas. "

© 2016 Phys.org