Ilmuwan hampir mencari tahu seberapa berat materi gelap sebenarnya

Para ilmuwan akhirnya menemukan seberapa banyak itu Materi gelap – Dikatakan bahwa zat yang hampir tak terlihat menarik segalanya, tetapi tidak memancarkan cahaya – itu benar-benar berat.

Perkiraan baru membantu menentukan seberapa berat partikelnya – dengan implikasi untuk substansi misterius itu sebenarnya.

Pencarian sangat mempersempit potensi blok Materi gelap Partikel berkisar dari 10 ^ minus 24 elektron volt (eV) dan 10 ^ 19 GeV electron volt (GeV), hingga antara 10 ^ minus 3 eV dan 10 ^ 7 eV – rentang potensial massa beberapa triliun triliun kali lebih kecil dari sebelumnya .

Penemuan ini dapat membantu para peneliti materi gelap memfokuskan upaya mereka pada kisaran tertentu dari massa partikel – atau mereka dapat mengungkapkan gaya yang sebelumnya tidak diketahui yang beroperasi di alam semesta, kata Xavier Calmet, seorang profesor fisika dan astronomi di Universitas Sussex di Inggris.

Terkait: 11 pertanyaan terbesar yang belum terjawab tentang materi gelap

Calmette, bersama dengan mahasiswa PhD Volkert Kuipers, dari University of Sussex, menjelaskan upaya mereka dalam studi baru yang akan diterbitkan dalam edisi Maret Huruf fisik b.

Apakah materi gelap itu?

Menurut beberapa perkiraan, materi gelap membentuk sekitar 83% dari semua materi di alam semesta. Dipercaya bahwa ia hanya berinteraksi dengan cahaya dan materi biasa melalui gravitasi, yang berarti ia hanya dapat dilihat melalui cara pembengkokan berkas cahaya.

Para astronom menemukan tanda-tanda pertama materi gelap saat menatap gugus galaksi pada tahun 1930-an, dan teori bahwa galaksi terkait dengan lingkaran cahaya materi gelap yang luas menjadi lazim setelah tahun 1970-an, ketika para astronom menyadari bahwa galaksi berputar lebih cepat daripada seharusnya berputar. . , Mengingat seberapa banyak materi visual yang dikandungnya.

Terkait: 12 makhluk teraneh di alam semesta

Di antara calon partikel materi gelap yang mungkin adalah partikel hantu kecil yang dikenal sebagai Neutrino, Partikel dingin dan gelap teoritis yang dikenal sebagai akson, dan partikel masif yang berinteraksi dengan lemah, atau WIMP.

Calmette mengatakan batas massa baru dapat membantu menghilangkan beberapa kandidat ini, tergantung pada spesifikasi model materi gelap tertentu.

Gravitasi kuantum

Apa yang para ilmuwan ketahui adalah bahwa materi gelap tampaknya berinteraksi dengan cahaya dan materi alami hanya melalui gravitasi, dan bukan dengan materi lain. Kekuatan fundamental; Jadi para peneliti menggunakan teori gravitasi untuk sampai pada perkiraan kisaran massa partikel materi gelap.

Lebih penting lagi, mereka menggunakan konsep dari teori gravitasi kuantum, yang mengarah ke kisaran yang jauh lebih sempit daripada perkiraan sebelumnya, dan yang hanya menggunakan teori umum Einstein. Relativitas.

“Ide kami sangat sederhana,” kata Calmette kepada Live Science melalui email. “Sungguh menakjubkan bahwa orang tidak pernah memikirkan ini sebelumnya.”

Teori Einstein Relativitas umum Ini didasarkan pada fisika klasik; Ini dengan sempurna memprediksi bagaimana gravitasi akan bekerja sebagian besar waktu, tetapi rusak dalam kondisi ekstrim di mana efek mekanis kuantum menjadi penting, seperti di Pusat lubang hitam.

Di sisi lain, teori gravitasi kuantum mencoba menjelaskan gravitasi melalui mekanika kuantum, yang sebenarnya dapat menggambarkan tiga gaya fundamental lain yang diketahui – gaya elektromagnetik, Kekuatan yang kuat Itu menyatukan banyak hal, dan Kekuatan lemah Itu menyebabkan peluruhan radioaktif.

Namun, tidak ada bukti kuat yang mendukung teori gravitasi kuantum.

Calmette dan Kuypers memperkirakan massa partikel materi gelap minimum menggunakan nilai dari relativitas umum, dan memperkirakan batas atas masa hidup partikel materi gelap yang diprediksi oleh teori gravitasi kuantum.

Calmette mengatakan sifat nilai-nilai dari relativitas umum juga menentukan sifat batas atas, sehingga mereka dapat memperoleh prediksi yang tidak bergantung pada model gravitasi kuantum tertentu.

Studi tersebut menemukan bahwa sementara efek gravitasi quantum umumnya hampir tidak signifikan, mereka menjadi penting ketika partikel materi gelap hipotetis membutuhkan waktu yang sangat lama untuk membusuk dan ketika alam semesta setua sekarang (sekitar 13,8 miliar tahun), dia kata. .

Fisikawan sebelumnya telah memperkirakan bahwa partikel materi gelap pasti lebih ringan daripada “massa Planck” – sekitar 1,2 x 10 ^ 19 GeV, setidaknya 1.000 kali lebih berat daripada partikel terbesar yang diketahui – namun lebih berat dari 10 ^ minus 24 MeV agar sesuai di Dia mengatakan bahwa pengamatan galaksi terkecil yang diketahui mengandung materi gelap.

Namun sejauh ini, beberapa studi telah mencoba mempersempit kisaran tersebut, meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam memahami gravitasi quantum selama 30 tahun terakhir, katanya. “Orang tidak hanya melihat efek gravitasi kuantum pada materi gelap sebelumnya.”

Kekuatan tidak diketahui

Calmette mengatakan batas baru untuk massa partikel materi gelap juga dapat digunakan untuk menguji apakah atau tidak gravitasi Itu sendiri berinteraksi dengan materi gelap, yang diasumsikan secara luas, atau jika materi gelap dipengaruhi oleh kekuatan yang tidak diketahui dari alam.

Dia berkata, “Jika kita menemukan partikel materi gelap dengan massa di luar rentang yang kita diskusikan di makalah kita, kita tidak hanya akan menemukan materi gelap, tetapi juga bukti yang sangat kuat bahwa … ada gaya baru di luar gravitasi yang bekerja pada materi gelap. “

Konten terkait

dari ledakan besar Sampai Saat Ini: Potret Dunia Kita Sepanjang Waktu

18 Misteri Terbesar yang Belum Terpecahkan Dalam Fisika

15 galaksi teraneh di alam semesta

Artikel ini awalnya diterbitkan oleh Ilmu Kehidupan. Baca artikel aslinya Sini.