Kozmolojik model, Büyük Patlama öncesi enflasyon sırasında karanlık madde üretimini öneriyor

Fizikçiler, evrendeki maddenin yaklaşık %80’ini göremediğimiz ve şu ana kadar tespit edemediğimiz karanlık maddenin kökenini bulma ve açıklama çabalarına devam ederken, araştırmacılar şimdi de bu maddenin varlığının ortaya çıkabileceği bir model önerdiler. Büyük Patlama’dan önce üretilmiştir.

Onların düşüncesi, karanlık maddenin, evrenin boyutunun hızlı bir şekilde katlanarak genişlediği son derece kısa bir şişme aşamasında üretileceği yönündedir. Yeni model şuydu: yayınlandı içinde Fiziksel İnceleme Mektupları ABD’deki Teksas’tan üç bilim adamı tarafından.

Kozmologlar arasındaki ilgi çekici bir fikir, karanlık maddenin bazı türlerin termal banyosuyla etkileşimi yoluyla üretildiği ve bolluğunun “donma” veya “donma” yoluyla yaratıldığıdır. Donma senaryosunda, karanlık madde en erken zamanlarda banyoyla kimyasal dengededir; her birinin konsantrasyonu zamanla değişmez.

Dondurulan fotoğrafta karanlık madde hiçbir zaman banyoyla dengeye gelmiyor. Karanlık madde ile termal banyo arasındaki böylesine bastırılmış bir etkileşim, kuantum alan teorilerindeki kızılötesi dondurma veya ultraviyole dondurma gibi etkileşimlerden kaynaklanıyor olabilir.

UV donmasında termal banyonun sıcaklığı, karanlık maddeyi parçacık fiziğinin Standart Modeline bağlayan parçacıkların kütlelerinden her zaman daha düşüktür. (Kütle ve sıcaklık enerjiyle orantılıdır ve temel sabitlerle ilişkilendirilebilir.)

Enflasyon teorisi yaklaşık 45 yıl önce geliştirildi ve evrenin yaklaşık 10 kat genişlediği, evrenin çok erken dönemlerinde üstel olarak hızlı bir genişleme dönemi önerildi.²⁶ 10’da^-36 saniye. (Enflasyon sona erdikten sonra evren, üstel olmasa da genişlemeye devam etti.)

Milyarlarca yıl sonra karanlık enerji bugün gördüğümüz ivmeyi başlattı.) Enflasyon fikri düzenli olarak açıklıyor Düzlük problemi, homojenlik problemi ve tek kutup problemi gibi kozmolojideki pek çok bilmeceyi çözmekte ve evrendeki yapının kökenini muazzam derecede büyütülmüş kuantum dalgalanmaları olarak açıklamaktadır.

Her ne kadar enflasyon kozmologlar tarafından çoğunlukla Büyük Patlama resminin bir parçası olarak kabul edilse de bazı temellere dayanmaktadır. kanıt (Anlamlı bir muhalefet olsa da) enflasyonun itici gücü hala bilinmiyor.

Kozmologlar buna genel olarak inflaton adını veriyor; bu, bazı skaler (spin sıfır) parçacıklarının, belki de Higgs alanının tüm uzay-zamanını kapsayan varsayımsal bir alan. (Belki de değil.) Şişme o kadar hızlı gerçekleşir ki evren, sıcaklığın kabaca 100.000 kat düştüğü aşırı soğumuş bir genişleme içindedir.

Bu düşük sıcaklık, şişme aşaması boyunca devam eder. Şişme sona erdiğinde sıcaklık, yeniden ısıtma adı verilen bir süreç olan şişme öncesi sıcaklığa geri döner ve şişme alanı, fotonlar da dahil olmak üzere Standart Modelin parçacıklarına bozunur.

Araştırma gösterdi Banyo yeniden ısıtma sıcaklığından çok daha yüksek sıcaklıklara ulaşabilir ve ultraviyole donma için üretilen karanlık madde miktarı termal banyonun en yüksek sıcaklığına bağlıdır.

Ancak bugüne kadar yapılan araştırmalar, enflasyonist genişleme sırasında önemli miktarda karanlık maddenin üretilebileceği ve seyreltilemeyeceği ihtimalini dikkate almadı.

Makalenin WIFI modelinde (ultraviyole Dondurarak Sıcak Şişme) karanlık madde, sıcak, enerjik bir ortamda parçacıklarla küçük ve nadir etkileşimler yoluyla yaratılıyor. Bu üretimin Büyük Patlama’dan hemen önce kozmik şişme sırasında meydana geldiği ve karanlık maddenin mevcut teorilere göre çok daha erken donma yoluyla oluşmasına yol açan yeni bir mekanizma içeriyor.

Kulağa olağandışı gelse de birçok kozmolog artık şişmenin Büyük Patlama’dan önce gerçekleştiğini düşünüyor çünkü sonsuz yoğunluğa ve sonsuz uzay-zaman eğriliğine sahip bir Büyük Patlama tekilliğinin varlığı gerçekçi görünmüyor.

Bunun yerine, evren genişlemeden sonra biraz küçük bir boyuta sahip olacaktı; kabaca 10^-26 metre çapında olacak ve oradan radyasyon ve parçacık üretiminin standart adımları gerçekleşecek, ardından evreni doldurmak için nükleosentez gerçekleşecekti.

Teorisyenler, karanlık maddenin donma yoluyla oynadığı rolde enflasyonun rolüne ilişkin farklı bir bakış açısı önerdiler.

Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki Weinberg Teorik Fizik Enstitüsü ve Texas Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Merkezi Direktörü ve baş yazar Katherine Freese, “Modelimize özgü olan şey, karanlık maddenin şişme sırasında başarılı bir şekilde üretilmesidir” dedi. kağıdın. “Çoğunda [other] Modellerde, şişme sırasında yaratılan her şey, evrenin katlanarak genişlemesiyle, aslında geriye hiçbir şeyin kalmadığı noktaya kadar ‘şişirilir’.”

Bu yeni mekanizmada, bugün gözlemlediğimiz tüm karanlık madde, Büyük Patlama öncesi o kısa enflasyon döneminde yaratılmış olabilir. Enflasyonu yönlendiren kuantum alanı, yani inflasyon, enerjisinin bir kısmını radyasyona kaptırır ve bu radyasyon da, donma mekanizması yoluyla karanlık madde parçacıkları üretir. Enflasyondan önce ne vardı? Fizikçilerin hiçbir fikri yok.

WIFI modeli henüz gözlemlerle doğrulanamıyor. Ancak senaryonun önemli bir parçası olan sıcak enflasyon, önümüzdeki on yılda kozmik mikrodalga arka plan deneyleri adı verilen deneylerle test edilecek. Sıcak enflasyonun doğrulanması, WIFI modelinin karanlık madde üretim senaryosu için önemli bir adım olacaktır.

Makalenin Gabriele Montefalcone ile birlikte yazarlarından Barmak Shams Es Haghi, “Çalışmamızda karanlık madde üretimine odaklandık, ancak WIFI daha geniş bir uygulanabilirlik öneriyor” dedi. Bu, gelecekteki araştırmalar için yeni fırsatların altını çiziyor.”

© 2024 Science X Ağı