Extra dimenziók részecskéi alkothatják a rejtélyes sötét anyagot

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

A tudomány jelenleg négy természetalkotó erőt tart számon. A kozmológusok standard modellje ezekkel magyarázza  a világegyetem létrejöttét és vezeti le az univerzum eddig megfigyelt működését. A világalkotó erők közül az erős kölcsönhatás tartja egyben a kvarkokból álló, atommagalkotó protonokat és neutronokat; a gyenge kölcsönhatás felelős a radioaktív bomlások közül a béta-bomlásért, a szabad neutron, valamint egyes atomokban a proton illetve neutron bomlásáért; az elektromágneses kölcsönhatás pedig az elektromágneses mező töltött részecskékre gyakorolt hatását jelent. Ma már az is tudható, hogy ezen erők közvetítő részecskéi bozonok, amelyek az erős kölcsönhatás esetén gluon, az elektromágnesesnél pedig foton néven ismertek. 

A negyedik alapvető kölcsönhatás, a gravitációs erő a legkevésbé feltárt természetalkotó erő: ugyanis eddig csak elnevezni sikerült a kölcsönhatásban kulcsfontosságú – graviton néven emlegetett – közvetítő részecskét, megtalálni, kimutatni viszont még nem. Ezért is jelent kisebbfajta tudományos szenzációt az az új elmélet, amely szerint az ismert világegyetem tömegének javát adó, ugyanakkor csak közvetve érzékelt sötét anyag szövete a masszív graviton nevű gravitációs közvetítő részecskékből áll. 

A látható anyagra gyakorolt tömegvonzás alapján feltételezett sötét anyagot alkotó részecskék extra dimenziók kozmikus maradványai – állítja a Phisical Review Letters folyóiratban megjelent, a LiveScience által most ismertetett tanulmány. Giacomo Cacciapaglia, a Lyon-i Egyetem, Haiying Cai és Seung J. Lee, a szöuli Korea Egyetem elméleti fizikusai akkor bukkantak a gravitonok nyomára, amikor az ismert három térdimenzió és az idő mellett már régóta feltételezett további dimenzió bizonyítékai után kutattak. 

A tudomány jelenlegi állása szerint ilyen lehet a sötét anyag kozmikus szöveteFotó: Tom Abel & Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

Szerintük „az extra dimenziókon át terjedő gravitáció masszív gravitonok formájában materializálódik a világegyetemünkben, de csak a tömegvonzáson keresztül hatnak kölcsön a látható anyaggal”. 

A kutatók számításai azt mutatják, hogy az ősrobbanás utáni – mindössze 0,000 000 000 001 másodpercet kitevő) pikoszekundumban annyi ilyen masszív graviton keletkezett, amely magyarázatot ad az univerzumban észlelt sötét anyag mennyiségére. A kutatók szerint az általuk feltételezett gravitonok tömege kevesebb mint 1 megaelektronvolt (MeV), ami egy elektron tömegének kétszerese. (Ismert, hogy a legkönnyebb ismert részecske, a neutrínó tömege kevesebb mint 2 elektronvolt, míg egy proton tömege nagyjából 940 MeV.) 

Az elmélet az erős és a gyenge kölcsönhatás teóriáihoz hasonlóan a részecskegyorsítókban nyerhet bizonyítást. A három elméleti fizikus szerint ugyanis a masszív gravitonok az anyagnak tömeget adó a Higgs-bozon energiaskálája alatti tartományban jöttek létre. A kísérleti igazolás az olyan nagy teljesítményű részecskegyorsítókban születhet meg, mint amilyen a CERN-ben 2035-re beüzemelni tervezett Future Circular Collider

Kapcsolódó cikkeink a Qubiten: