Новости космоса: Расчет массы частицы темной материи - Аксиона - на основе квантовой хромодинамики.

Автор: Ярослав Космос . Опубликовано в категории: АСТРОФИЗИКА

1 1 1 1 1 Рейтинг 5 [4 Голоса (ов)]

Немецкий суперкомпьютер JUQUEEN.

Ученые расширили успешную стандартную модель физики элементарных частиц, что позволило им, помимо всего прочего, предсказать массу так называемых Аксионов - гипотетических частиц темной материи.

В поисках загадочной темной материи, физики использовали сложные компьютерные расчеты.

 

"Темная материя является невидимой формой материи, которая до сих пор показала себя только через свои гравитационные эффекты. То, из чего она состоит, остается полной загадкой," объясняет соавтор д-р Андреас Рингуолд. "Доказательства существования этой формы материи идет, среди прочего, от наблюдения галактик, которые вращаются слишком быстро, чтобы быть скреплены только гравитацией видимой материи.

Высокоточные измерения с использованием европейского спутника "Планк", показали, что почти 85 процентов всей массы Вселенной состоит из темной материи. Все звезды, планеты, туманности и другие объекты в космосе, которые сделаны из обычного вещества, это не более чем 15% от массы вещества Вселенной."
"Прилагательное "темный" не просто означает, что она не излучает видимый свет," говорит Рингуолд. "Темная материя, похоже, не испускают любые другие длины волн либо - ее взаимодействие с фотонами должно быть крайне слабым."

Совершенно ясно, что частицы темной материи должны находиться за пределами стандартной модели физики элементарных частиц, и в то время как эта модель является чрезвычайно успешной, она в настоящее время только описывает обычных 15% всей материи во Вселенной.

Неизвестная форма материи может состоять либо из сравнительно небольшого количества, но очень тяжелых частиц, или из большого количества легких. Прямые поиски тяжелых кандидатов темной материи с использованием больших детекторов в подземных лабораториях и косвенный их поиск с помощью больших ускорителей заряженных частиц и космических приборов все еще продолжаются, но пока что ничего небыло обнаружено.

Ряд физических соображений делают чрезвычайно легкие частицы, получившие название Аксионы, очень перспективными кандидатами. Используя умные экспериментальные установки, возможно даже обнаружить прямые доказательства их существования.

"Вместе с тем, чтобы найти такого рода доказательств, было бы крайне полезно знать, какие массы мы ищем," подчеркивает Рингуолд. "В противном случае поиск может занять несколько десятилетий, так как нужно сканировать слишком большой диапазон."

Иллюстрация материи и вариантов частиц темной материи.

Существование аксионов предсказывается в расширении к квантовой хромодинамике (КХД). Сильное взаимодействие является одним из четырех фундаментальных взаимодействий наряду с гравитацией, электромагнетизмом и слабым взаимодействием, которое отвечает за радиоактивность.

"Теоретические соображения указывают на то, что существуют так называемые топологические квантовые флуктуации в КХД, что должно привести к наблюдаемому нарушению симметрии обращения времени. Это означает, что определенные процессы должны отличаться в зависимости от того, рассматриваются ли они движущимися вперед во времени или наоборот. Тем не менее, ни один эксперимент до сих пор не смог продемонстрировать этот эффект."

Расширение КХД восстанавливает временную инвариантность, но в то же время оно предсказывает существование очень слабо взаимодействующей частицы, Аксиона, свойства которого, в частности, его масса, завистит от силы топологического квантового колебания.

Тем не менее, современные суперкомпьютеры, такие как JUQUEEN, могут быть использованы для расчета массы Аксиона в определенном температурном диапазоне.

Результаты показывают, среди прочего, что если Аксионы действительно являются частицами темной материи, они должны иметь массу от 50 до 1500 мкэВ(микроэлектрон-вольт) и, таким образом, до десяти миллиардов раз легче, чем электроны. Этот вывод требует, чтобы каждый кубический сантиметр Вселенной содержал в среднем десять миллионов таких ультра-легких частиц. Темная материя не распространяется равномерно во вселенной, образуя сгустки. Из-за этого, наша локальная область Млечного Пути должна содержать около одного триллиона аксионов на см3.

Благодаря суперкомпьютеру, расчеты в настоящее время обеспечивают физиков конкретным диапазоном, в котором поиск аксионов, вероятно, будет наиболее перспективным.

Открытие Аксионов не только решит проблему темной материи во Вселенной, но в то же время ответит на вопрос, почему сильное взаимодействие настолько удивительно симметрично относительно обращения времени. Ученые ожидают, что возможно будет в течение ближайших нескольких лет, либо подтвердить, либо исключить существование Аксионов экспериментально.

НАУЧНАЯ РАБОТА: ПО МАТЕРИАЛАМ:

НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ:

2019-02-02 17:16:56 При помощи суперкомпьютера JUQUEEN, ученые попытались сузить поиски этой гипотетической частицы.
AstroNews Logo

Добавить комментарий

Комментарии нарушающие ПРАВИЛА будут удаляться, а их авторы возможно будут забанены.

СЛУЧАЙНЫЕ НОВОСТИ КОСМОСА

Новости космоса: Необычная 'сверхновая-хамелеон' SN 2014C.

Галактика NGC 7331 и сверхновая SN 2014C.

В ядерных реакциях, которые происходили в древних звездах генерируется большая часть материала, из которых состоят наши тела, наша планета и наша солнечная система.

Когда звезды заканчивают свою жизнь катаклизмом под названием сверхновые, эти вновь образовавшиеся элементы разлетаются во все стороны по галактике.

Подробнее...

Новости космоса: Гравитационные волны от слияния черных дыр в третий раз были зафиксированы детектором LIGO.

Логотип детектора LIGO на фоне визуализации гравитационных волн.

Обсерватория гравитационно-волновой лазерной интерферометрии (LIGO) сделала третье обнаружение гравитационных волн, - рябь в пространстве-времени, подтверждая предыдущие результаты.

Как и в случае первых двух обнаружений, источник волн - сливающиеся черные дыры звездных масс. Результатом слияния является более массивная черная дыра, масса которой равна сумме масс слившихся ЧД, за вычетом примерно 2 масс Солнца превратившихся в энергию гравитационных волн.

Подробнее...

Стратосфера планеты WASP-18b наполнена угарным газом

Команда ученых под руководством НАСА определила, что WASP-18b, «горячий Юпитер», расположенный на расстоянии 325 световых лет от Земли, имеет стратосферу, которая загружена окисью углерода, но не имеет признаков воды.

Новости космоса:

Команда, возглавляемая НАСА, обнаружила доказательства того, что огромная экзопланета WASP-18b обернута в удушающую стратосферу с угарным газом и лишенную воды. Результаты получены после нового анализа наблюдений космических телескопов "Хаббл" и "Спитцер".

Формирование слоя стратосферы в атмосфере планеты связано с «солнцезащитными» молекулами, которые поглощают ультрафиолетовое (УФ) и видимое излучение, исходящее от звезды, и затем выделяют эту энергию в виде тепла. Новое исследование предполагает, что «горячий Юпитер» WASP-18b, массивная планета, которая вращается вблизи своей звезды, имеет необычный состав, и формирование этого мира сильно отличается от формирования Юпитера и газовых гигантов в других системах.

Подробнее...