Новая структура может помочь в поиске тяжелой термической темной материи

Астрофизики искали темную материю в течение нескольких десятилетий, но эти поиски пока не дали утешительных результатов.

Два исследователя из Научного института Вейцмана и Еврейского университета в Израиле представили новую теоретическую основу, описывающую механизм элементарной термальной темной материи с массой до 10 ¹⁴ ГэВ.

Частица темной материи

Темная материя рассматривается в их работе, как состоящая из нескольких почти вырожденных частиц, которые создают цепи с ближайшими соседями таким образом, что это совмещается со стандартной моделью, используемой в исследованиях темной материи. Новая структура, представленная этими исследователями, изложенная в статье, опубликованной в Physical Review Letters, может в конечном итоге дать информацию о будущих поисках тяжелой темной материи.

«Природа темной материи является давней проблемой в современной физике», - сказал один из исследователей. «Частица, такая же тяжелая, как бозон Хиггса, и вовлеченная во взаимодействие, сила которых заключается в слабом электровзаимодействии, считается особенно хорошим кандидатом для темной материи, но часто возникает естественный вопрос при решении другой ключевой проблемы: иерархии между электрослабой шкалой и шкалой Планка».

Частица, которая считается хорошим кандидатом темной материи, известной как слабо взаимодействующая массивная частица (WIMP), может быть естественным образом получена в результате взаимодействия между стандартными модельными частицами в ранней Вселенной, пока они находятся в тепловом равновесии. Этот конкретный процесс называется «механизмом термического замораживания».

Исходя из современной теории астрофизики, окончательное количество WIMP в нашей вселенной сегодня будет нечувствительным к деталям начальных условий или параметров модели. Тем не менее, общие сведения, взятые из статьи 1990 года Кима Гриеста и Марка Каменковского, предполагают, что этот механизм термического вымораживания не работает, когда темная материя тяжелее, чем 100 ТэВ (то есть в тысячу раз тяжелее, чем бозон Хиггса).

«В нашей недавней работе мы доказываем, что это предположение неверное, и показываем, что термическое вымораживание возможно даже тогда, когда темная материя на несколько порядков тяжелее массы Хиггса, и если существует набор темных частиц, которые рассеиваются по стандартной модели частицы с взаимодействиями ближайшего соседа ", - сказал другой исследователь,Эрик Куфлик. «Реликтовое излучение темной материи определяется стохастическими взаимодействиями между темными частицами и частицами Стандартной модели».

Механизм, предложенный Кимом и Куфликом, описывает набор частиц темной материи, рассеивающихся с обычной материей через взаимодействия ближайшего соседа, которые изменяются между разновидностями. Другими словами, это предполагает, что темная материя совершает «случайную прогулку» среди видов темной материи, постоянно меняя свою идентичность. Таким образом, на основе структуры, введенной исследователями, обилие темной материи определяется термически в ранней Вселенной, что позволяет получать очень тяжелые массы темной материи.

«Мы показали, что темная материя может быть получена из термальной ванны ранней вселенной , находясь в тепловом равновесии, даже для масс темной материи, значительно более тяжелых, чем это допускает традиционная мудрость», - пояснила Ким. «Интересно, что количество частиц темной материи в нашем сценарии зависит только от силы взаимодействия темных частиц со стандартными модельными частицами».

Новая структура, разработанная Кимом и Куфликом, может иметь важные последствия для исследований, изучающих космический микроволновый фон, формирование структуры и космические лучи. Кроме того, он может служить ориентиром для экспериментальных поисков тяжелой темной материи, поскольку предполагает, что распады на частицы обычной материи в поздней Вселенной могут оставить интересные астрофизические и космологические сигнатуры, которые исследователи могли искать при поиске темной материи.

«Есть два многообещающих направления, которые мы надеемся продолжить в нашей будущей работе», - сказал Ким. «Во-первых, наш механизм неизбежно предсказывает, что частицы темной материи распадаются на частицы Стандартной Модели на протяжении всей истории Вселенной. Это может оставить интересные астрофизические признаки, такие как космические лучи сверхвысоких энергий и т. д. Значения для космологии также интересны».

До сих пор Ким и Куфлик описали основную идею сверхтяжелой темной материи и представили ее «простую игрушечную модель» путем параметризации силы взаимодействия темных частиц со стандартными модельными частицами. Однако в своих следующих исследованиях Ким и Куфлик планируют провести детальное изучение теорий физики элементарных частиц, которые могли бы реализовать их механизм сверхтяжелой термической темной материи.

«Явные реализации в физике элементарных частиц помогут идентифицировать полный набор экспериментальных сигналов, предсказываемых механизмом, который научит нас лучшим средствам либо для исключения, либо для обнаружения такой темной материи», - добавил Куфлик. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet