Почему физики предполагают, что темная материя слабо взаимодействует?

IceCube, XENON и т. д. продолжают давать отрицательные результаты. Если темная материя существует, она не взаимодействует с барионной материей в диапазонах энергий, которые они могут обнаружить. Ответ заключается в создании еще более крупных детекторов для поиска еще более слабых энергетических сигнатур.

Почему? Есть ли доказательства того, что темная материя должна иметь слабые взаимодействия (а не только гравитационные)? Или это просто поиск ваших ключей под фонарным столбом (т.е. это единственная возможность, которую мы можем обнаружить)?

Стоит отметить, что от 2-3 поколения детекторов WIMP до нынешнего никогда не ожидалось, что они действительно дадут ответы, если им действительно не повезет. Только недавно они дошли до масштабов, где у них есть шанс исключить эту идею. Так почему же были построены предыдущие поколения? В качестве испытательных стендов и демонстраторов технологий.
Стоит признать, что прямое обнаружение темной материи — это лишь один из многих экспериментальных подходов к проблеме темной материи. Есть также поиск кандидатов на LHC, поиск стерильных нейтрино, поиск космических лучей и астрономические исследования в таких областях, как линзирование, моделирование N тел, наблюдения за структурой и динамикой масштаба галактики, 21-сантиметровые измерения, исследования сталкивающихся скоплений, гравитационные волны, и т. д. Изучение явлений темной материи — одна из немногих областей фундаментальной физики, еженедельно получающая огромные объемы новых данных из множества различных независимых источников.
LambdaCDM, «Стандартная модель космологии» (которая имела большой успех на уровне реликтового излучения), предполагает, что темная материя «почти бесстолкновительна». модель.
Шутка с фонарным столбом работает, потому что парень потерял ключи в другом месте и знает об этом. Если вы не знаете, где вы потеряли ключи, начните с фонарных столбов — хорошая идея, так как, имея такой же шанс получить ключи, у него гораздо больше шансов найти ключи. Мы не знаем, где ключи, но у нас есть несколько идей — начать с тех, которые проще всего проверить, довольно разумно :) И в любом случае было бы очень полезно исключить слабые взаимодействия — частицы, которые не взаимодействуют с нашей материей. в любом случае, кроме гравитации, было бы так круто :P

Ответы (3)

Короткий ответ заключается в том, что они этого не предполагают.

Но среди всех оставшихся предложений относительно того, чем может быть темная материя, легче всего обнаружить слабо взаимодействующие вещества, 1 так что именно на них сейчас идут деньги. 2

И это не является чем-то необычным. История недостающей массы/темной материи — это одно из предложений, которые выдвигались, а затем исключались одно за другим в порядке упрощения доступа. Вимпы — это всего лишь последние кандидаты на получение самых высоких счетов. Когда я учился в колледже, MACHO были популярны, но в девяностые и девяностые от них в основном избавлялись. До этого десятилетия были потрачены на то, чтобы постоянно улучшать телескопы во все более и более широких диапазонах, просто исключая многие из способов, которыми обычная материя может скрываться на виду (в основном газ и пыль).

И в теоретическом каталоге есть дополнительные возможные кандидаты. Я думаю, что стерильные нейтрино и/или аксионы будут следующими, если вимпы будут убедительно исключены.

1 Здесь есть оговорка в виде стерильных нейтрино, которые не «обнаруживаются» точно, но могут быть выведены путем обнаружения неунитарности матрицы смешивания трех ароматов. Это снова горячая тема, потому что MiniBooNe недавно объявила об улучшенном анализе большего набора данных, в котором сохраняется низкоэнергетический избыток и θ 13 усилия окупились с лихвой, поэтому мы близки к тому, чтобы с некоторой точностью количественно определить унитарность (или ее отсутствие) матрицы.

2 Вимпы в определенном диапазоне масс также дают возможность объяснить дополнительные особенности Вселенной, что делает их привлекательными по второй причине.

Другими словами, это «просто поиск ваших ключей под фонарным столбом». Еще один момент заключается в том, что между принятием решения об концептуализации, финансировании, создании и сборе данных эксперимента и моментом начала публикации результатов существует огромная задержка. Существующие эксперименты были запущены на основе науки около десяти лет назад, когда суперсимметрия в электрослабом масштабе, чьи кандидаты в темную материю преимущественно слабо взаимодействуют, выглядела гораздо более многообещающей, чем результаты после LHC и до некоторых ключевых астрономических данных. Были также теоретические ожидания, которые не оправдались.
^ Это. С другой стороны, работа над этими системами хорошо сочеталась с работой над безнейтринным двойным бета-распадом, и вместе они привели по крайней мере к трем различным технологиям детекторов, совершив огромный скачок в возможностях. То, что они делают сегодня в детекторах с нулевым фоном, просто поразительно.
Работает как минимум один аксионный детектор ADMX . Он достаточно чувствителен, чтобы уже начать отбирать их теоретические модели, не обнаруживая их. Люди, выполняющие его, очевидно, ожидают, что текущее обновление будет достаточно чувствительным, чтобы стать «окончательной» версией эксперимента. Если предположить, что источники для статьи WP верны, похоже, что аксионы могут быть обнаружены/исключены примерно в то же время, что и вимпы. (Осторожно, мои познания в предмете ограничиваются несколькими статьями общего интереса.)
@Дэн А. Это ново, так как я в последний раз был в тесном контакте с такой физикой. Когда я покинул мир частиц, они все еще находились на уровне «демонстрировать отклонение фона».
Здесь есть еще один важный момент. Раньше, когда люди говорили о чуде WIMP, они думали, что они действительно будут слабо взаимодействующими (обратите внимание на заглавную W, хотя более вероятно Z). Мы давно это исключили. НО, если есть частица с массой, она ДОЛЖНА соединиться с бозоном Хиггса. Таким образом, вы ВСЕГДА можете записать диаграмму с пропагатором Хиггса, который все же гораздо сильнее связан, чем чисто гравитационный.
@ohwilleke Поиск ваших ключей под фонарным столбом подразумевает, что вы ищете легкое место, а не там, где, по вашему мнению, они могут быть. У них нет такого представления о том, где они могут быть, они ищут под фонарным столбом, чтобы либо найти их, либо показать, что они не в этом районе.
@LorenPechtel Они ищут в «относительно» легком месте, и в лямбда-CDM предпочтительнее подходит частица только с гравитационным взаимодействием, а данные о бозонах W и Z и бозонах Хиггса сильно не одобряют любую частицу DM с энергией менее 62,5 ГэВ, которая взаимодействует через слабое взаимодействие. силы, так что это маловероятно. Приходится идти на беспрецедентные микрослабые заряды и т.д., чтобы вписаться в пространство параметров.
Споры вокруг проекта DAMA, обнаружившего доказательства существования вимпов DM (путем регистрации разницы в интенсивности ветра вимпов между случаями, когда Земля движется в том же направлении, что и Солнце, и когда Земля движется в том же направлении, что и Солнце) продолжаются... science.org/content/article/end-sight-famous-dark-matter-claim

Это не просто эффект «загляни под фонарный столб». Есть еще "чудо WIMP" . Новая тяжелая (т.е. с массой топ-кварка, самой тяжелой элементарной частицы СМ) слабо взаимодействующая частица будет иметь сечение аннигиляции около 10 − 26  см 3 / с . Очень общие термодинамические принципы предсказывают, что тепловое образование темной материи в ранней Вселенной могло привести к наблюдаемой плотности темной материи только в том случае, если темная материя имеет подобное поперечное сечение. Это сходство предполагает, что темная материя может состоять из тяжелых вимпов.

Примечание: этот ответ похож на этот, также написанный мной. Этот вопрос очень тесно связан и интересно читать.

Почему физики предполагают, что темная материя слабо взаимодействует?

Они этого не предполагают.

Чтобы ответить на ваш вопрос, вам нужно понять, как была выдвинута гипотеза о темной материи, поэтому вот краткое изложение:

Используя суперкомпьютеры, физики моделировали Большой взрыв и формирование Вселенной, применяя теорию специальной и общей теории относительности и квантовой механики Эйнштейна, экспериментируя с различными переменными, пытаясь создать систему, подобную нашему миру, каким он является в настоящее время.

В ходе экспериментов они обнаружили, что в симуляциях, созданных суперкомпьютерами, образовавшаяся материя притягивалась друг к другу слишком слабо ; материя и газ были выброшены слишком далеко во время Большого взрыва и не могли «слипнуться» вместе, образуя звезды или планеты.

Они попытались добавить немного «темной материи»; материя, которая не взаимодействовала с сильным ядерным, слабым ядерным и электромагнитным взаимодействием, т. е. только гравитационно взаимодействовала с обычной материей. Эта «масса-заполнитель» решила проблему, и цифровая модель успешно эволюционировала в систему космоса, которую мы наблюдаем сегодня.

Самое интересное, что ~ 85 % (!) Вселенной должно было состоять из этой гипотетической «темной материи», чтобы она сформировалась правильно.

Вывод: Вселенная не могла бы существовать без этой массы, состоящей из вимпов (слабо взаимодействующих массивных частиц). Так что давайте искать его!

Темная материя называется темной , потому что ее трудно обнаружить , хотя ее очень много. Физики не предполагают, что он слабо взаимодействует, его назвали «темным», потому что это так.

Этот ответ не объясняет, почему они должны слабо взаимодействовать, а не вообще не взаимодействовать.
@RobJeffries это так - предполагалось, что темная материя обеспечивает гравитацию, необходимую для формирования Вселенной, иначе физики не придумали бы это с самого начала.
Слабо взаимодействующее означает взаимодействие посредством слабого взаимодействия. Темная материя называется темной, потому что она не взаимодействует электромагнитным путем.
Почему физики предполагают, что темная материя слабо взаимодействует?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v