Idag försöker många forskarlag världen över att upptäcka mörk materia, en osynlig substans som tros stå för det mesta av materien i universum. Eftersom det inte reflekterar eller avger ljus, har dess närvaro indirekt avslöjats via dess gravitationella interaktioner med synlig materia.

Hittills är de mest lovande kandidaterna för mörk materia axioner, neutriner och svagt interagerande massiva partiklar. Nyligen började dock vissa fysiker också undersöka möjligheten att en annan typ av hypotetiska partiklar, massiva gravitoner, skulle kunna vara livskraftiga kandidater för mörk materia.

Teorin antyder att massiva gravitoner producerades under kollisioner mellan vanliga partiklar i den heta och täta miljön i det tidiga universum, i de få ögonblicken efter Big Bang. Även om teorier förutspår deras existens, har dessa partiklar hittills aldrig upptäckts direkt.

Forskare vid Korea University och University of Lyon har nyligen genomfört en teoretisk studie som undersöker möjligheten att massiva gravitoner kan vara bra kandidater för mörk materia. Resultaten av deras teoretiska beräkningar publicerades i en artikel i Physical Review Letters .

"Vår studie började med att titta på extra dimensioner, särskilt skeva extra dimensioner, som har studerats mycket under de senaste 20 åren," säger Giacomo Cacciapaglia, en av forskarna som genomförde studien, till Phys.org. "När gravitationen fortplantar sig i detta osynliga utrymme, materialiserar den massiva gravitoner. Deras koppling till vanlig materia är mycket svag, eftersom den har gravitationsursprung."

Processen genom vilken massiva gravitoner teoretiskt skulle produceras är extremt sällsynt. Av denna anledning skulle hastigheten med vilken dessa partiklar produceras vara betydligt lägre än produktionshastigheten för "vanliga" partiklar. Cacciapaglia och hans kollegor Haiying Cai och Seung Lee undrade om tillräckligt många massiva gravitoner producerades i det tidiga universum för att de skulle anses vara en bra kandidat för mörk materia.

"Genom att beräkna produktionshastigheten för dessa partiklar upptäckte vi att vissa processer förbättras under skalan där Higgs-bosonen genererar massor för de vanliga partiklarna, 1 pikosekund efter Big Bang," sa Cacciapaglia. "Vi visade att denna förbättring är tillräckligt för att skapa rätt mängd mörk materia i form av massiva gravitoner med massor under MeV."

Beräkningarna utförda av Cai, Lee och Cacciapaglia visar att istället för att förknippas med okänd fysik som inträffade strax efter Big Bang, är produktionen av massiva gravitoner mest effektiv under den energiskala där Higgs bosoner finns. Higgsbosoner är elementarpartiklar som bär Higgsfältet, fältet som ger massa till fundamentala partiklar som elektroner och kvarkar.

"Detta drar en direkt koppling mellan fysiken som studerades vid Large Hadron Collider i Genève och den tidiga universums fysik av gravitation och mörk materia," sa Cacciapaglia. "Våra resultat antyder att gravitationell mörk materia produceras 1 pikosekund efter Big Bang, vid en tidpunkt då partikelfysiken är väl beskriven av de nuvarande teorierna."

I framtiden kan resultaten som samlats in av detta team av forskare inspirera till nya studier och beräkningar som utforskar produktionen av massiva gravitoner i universum. Samtidigt planerar Cacciapaglia och hans kollegor att bygga vidare på den teoretiska modellen som introducerades i deras uppsats, samtidigt som de utvärderar andra kandidater för mörk materia.

"Vi planerar nu att undersöka andra egenskaper hos en betongmodell i skev extra dimension som vi skissar på i artikeln," tillade Cacciapaglia. "Vi är särskilt intresserade av den roll som en skalär partikel som kallas radion spelar och om den potentiella testbarheten vid nuvarande och framtida partikelkolliderare." + Utforska vidare

ATLAS- och CMS-samarbeten jagar det osynliga med Higgs-bosonen

© 2022 Science X Network