Если темная материя — это новый тип частиц, что это означает?

Насколько я понимаю, темная материя не может быть (или, по крайней мере, очень маловероятна) экзотической формой какой-либо известной частицы. С другой стороны, в статьях об ускорителях частиц, кажется, говорится, что бозон Хиггса — это последняя часть, отсутствующая в головоломке Стандартной модели.

Если темная материя определена как некая форма новой частицы, каковы определенные последствия? Может ли такое открытие «стоять в стороне» от Стандартной модели или оно непременно изменит основы?

(Простите меня за крайне непрофессиональное понимание и словарный запас — пожалуйста, не стесняйтесь исправлять мои ошибки.)

Фраза «физика за пределами стандартной модели» появляется в большинстве оправданий изучения физики элементарных частиц на границе энергии или интенсивности.

Ответы (2)

Общепринятое мнение о темной материи состоит в том, что это, вероятно, новый вид частиц, не входящий в стандартную модель. По сути, причина этого в том, что большинство стабильных частиц стандартной модели взаимодействуют электромагнитным образом (и поэтому не будут «темными»).

Исключением являются нейтрино, и долгое время темная материя нейтрино считалась жизнеспособной возможностью, но, похоже, она не работает по нескольким причинам. Главный из них заключается в том, что темная материя нейтрино была бы «горячей» (это означает, что частицы имели бы релятивистские скорости в не слишком отдаленном прошлом), в то время как способ гравитационного скопления темной материи, по-видимому, работает только в том случае, если темная материя материя «холодная».

Долгое время люди пытались придумать модели, в которых темная материя была бы обычной материей (состоящей из атомов), но это тоже не работает по нескольким причинам. Во Вселенной с достаточно высокой плотностью атомной материи содержание легких элементов, образовавшихся в ранней Вселенной, будет сильно отличаться от наблюдаемого. Не существует хорошего способа сделать этот вид материи «достаточно темным»: даже если вы сделаете его холодным и нейтральным, он все равно слишком сильно взаимодействует с излучением, чтобы оставаться скрытым. Кроме того, Вселенная, состоящая только из атомарной материи, предсказывает спектр флуктуаций микроволнового фона и множество других наблюдаемых космологических явлений, которые сильно отличаются от того, что мы наблюдаем.

Таким образом, ведущая теория состоит в том, что темная материя — это другой вид стабильных, нейтральных, слабо взаимодействующих частиц. Такая частица обязательно была бы «вне стандартной модели».

Вероятно, наименее экзотическая возможность состоит в том, что это суперсимметричная частица. Если суперсимметрия верна, существует множество новых частиц, ожидающих своего открытия. Большинство из них нестабильны, но самый легкий из них стабилен и может стать отличным кандидатом на темную материю.

Если суперсимметрия верна, есть большая вероятность, что БАК обнаружит ее, так что мы можем узнать ответ на этот вопрос в недалеком будущем. Опять же, мы не можем.

Значит, не бывает «холодных» нейтрино? Даже если их замедляет большое гравитационное поле? Не могли бы вы объяснить это мне, пожалуйста? Это то, что я всегда задавался вопросом.
В ранние времена нейтрино достигали теплового равновесия с другим веществом во Вселенной, а это означало, что они имели довольно высокую температуру. Зная температуру, можно рассчитать среднюю кинетическую энергию каждого нейтрино. Нейтрино является релятивистским, если его кинетическая энергия сравнима с энергией покоя. м с 2 .
Испытывают ли эти нейтрино, оставшиеся от ранней Вселенной, красное смещение, подобное реликтовому излучению? И, будучи частицами с массой, не приведет ли это к меньшим скоростям? Или дело в том, что масса покоя настолько мала, что даже относительно небольшие кинетические энергии приводят к релятивистским нейтрино?
@ jaskey13: масса покоя нейтрино составляет около 3 эВ. Для сравнения, энергия, необходимая для перехода электрона из основного состояния атома водорода в его первое возбужденное состояние, составляет 10,2 эВ. Масса покоя электрона 5,1 × 10 5 эВ. Итак, да, масса покоя нейтрино очень мала, и не нужно многого, чтобы сделать их ультрарелятивистскими. Но да, ожидается, что они сместятся в красное вместе с реликтовым излучением. Они просто были бы слишком горячими. Теперь, если вы хотите поговорить о стерильных нейтрино, они все еще жизнеспособны: en.wikipedia.org/wiki/Sterile_neutrino .
Правильно — нейтрино смещаются в красную сторону при расширении, но их масса покоя достаточно мала, чтобы они оставались релятивистскими до поздних времен. Не обязательно вплоть до настоящего времени, но достаточно поздно, чтобы вызвать проблемы с гравитационным скоплением.

Позвольте мне обратиться к этой части вопроса, так как физика рассматривается Тедом Банном.

Если темная материя определена как некая форма новой частицы, каковы определенные последствия? Может ли такое открытие «стоять в стороне» от Стандартной модели или оно непременно изменит основы?

До сих пор прогресс в понимании физики элементарных частиц происходил не за счет полного отказа от предыдущих теорий, а за счет их ассимиляции. Причина в том, что предыдущие теории, как и стандартная модель в будущем, основывались на достоверных данных. То, что они основаны на данных, означает, что они являются просто стенограммой их описания. Старые данные все еще существуют, когда появляются новые данные, как пример темной материи, так что произойдет то, что стандартная модель будет включена в любую новую теорию, описывающую материю в микромире.

Теории струн уже включают стандартную модель в свою структуру, так что никакого «стояния в стороне» не произойдет, если окажется, что их достаточно для описания всех новых данных. Теории струн имеют множество форм материи, которые вполне могут объяснить/описать темную материю.

Если темная материя — это новый тип частиц, что это означает?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v