(Phys.org) — Er is tegenwoordig niet zoveel donkere materie meer als vroeger. Volgens een van de meest populaire modellen van donkere materie, het heelal bevatte in het begin, toen de temperatuur hoger was, veel meer donkere materie. Toen het universum afkoelde, de donkere materie vernietigde, tenminste tot een punt waarop thermisch evenwicht werd bereikt en de vernietiging stopte, wat ertoe leidt dat het aantal donkere materiedeeltjes in het universum "bevriest" en ongeveer constant blijft.

Hoewel dit scenario genaamd "de zwak-interacting-massive-particle" (WIMP) scenario, is uitgebreid onderzocht, het is nog steeds onduidelijk of de donkere materie inderdaad een WIMP is.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , Cornell-natuurkundigen Jeff Asaf Dror, Eric Kuflik, en Wee Hao Ng hebben een nieuw mechanisme voorgesteld voor het bevriezen van donkere materie, waarbij er niet één maar veel donkere sectordeeltjes zijn die allemaal samen vergaan om de waargenomen dichtheid van donkere materie te produceren. Een of meer van deze deeltjes zijn potentiële kandidaten voor donkere materie.

"Voor een lange tijd, het Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) is het paradigma geweest voor het verklaren van de deeltjesaard van donkere materie, " vertelde Kuflik aan Phys.org. "De meeste experimenten om donkere materie te ontdekken waren ontworpen om iets te vinden dat op een WIMP lijkt. De motivatie voor ons werk was om te proberen andere verklaringen voor de aard van donkere materie te vinden die op een kwalitatief andere manier experimenteel zouden worden gezocht dan de WIMP.

"Gelijktijdig rottende donkere materie zorgt voor een nieuw mechanisme voor donkere materie om te bevriezen en de waargenomen overvloed aan overblijfselen te verkrijgen. Hier kan donkere materie vroeg in het universum bevriezen en de juiste overvloed verkrijgen die we vandaag waarnemen. De eigenschappen suggereren dat de huidige experimenten niet gevoelig zijn voor dit soort donkere materie, maar het kan leiden tot andere, unieke experimentele handtekeningen. Verder, het mechanisme is vrij algemeen en zal worden gerealiseerd in veel uitbreidingen van het standaardmodel van de deeltjesfysica."

Zoals de natuurkundigen uitleggen, een van de grootste verschillen tussen het nieuwe mechanisme en de vorige is dat, in het nieuwe mechanisme, de donkere sector wordt al vroeg losgekoppeld van het standaardmodel, waardoor de twee sectoren uit evenwicht raken. Deze wijziging verandert de vervalsnelheid door het beginpunt van het verval te vertragen, waardoor de bevriezing op een later tijdstip begint. Uiteindelijk leidt dit tot een kleinere dichtheid van donkere materie.

Als de dichtheid van donkere materie kleiner is zoals hier voorspeld, om vervolgens de waargenomen overvloed aan donkere materie te evenaren, de vernietigingssnelheid moet groter zijn dan in eerdere mechanismen. De grotere vernietigingssnelheid kan worden gedetecteerd door toekomstige indirecte detectie-experimenten, die een onderscheid kunnen maken tussen de twee scenario's.

"Indirecte-detectie-experimenten voor donkere materie zijn experimenten die op zoek zijn naar de bijproducten van donkere materie die in de ruimte wordt vernietigd of vervalt, Dror legde uit. "De experimenten wijzen telescopen of satellieten in regio's waar een groot aantal donkere materiedeeltjes wordt verwacht (bijvoorbeeld het centrum van sterrenstelsels). Vaak, de bijproducten zijn fotonen (de quanta van licht) die in de buurt van de aarde kunnen worden gedetecteerd. In tegenstelling tot, directe-detectie-experimenten komen overeen met wachten tot donkere materiedeeltjes zelf botsen met deeltjes in detectoren op aarde. Het belangrijkste voordeel van indirecte detectie ten opzichte van directe detectiemethoden is dat, terwijl de laatste ervan uitgaat dat donkere materie vaak botst met laboratoriumexperimenten, de eerste niet. Inderdaad, dit hoeft niet het geval te zijn:mede-vervallen donkere materie is een goed voorbeeld waarin directe detectiesignalen klein zijn, terwijl indirecte detectiesignalen prominent aanwezig zijn."

De onderzoekers zijn van plan deze mogelijkheden in de toekomst te verkennen, en ook de eigenschappen van donkere materiedeeltjes verder onderzoeken en hoe dit type donkere materie in een groter raamwerk zou kunnen passen.

"We onderzoeken verschillende nieuwe effecten die zulke donkere materie kan hebben, " zei Ng. "Sommige hiervan zijn nog in uitvoering, dus we zijn nog niet klaar om de resultaten te bespreken. Een voorbeeld van een effect dat we onderzoeken zijn deeltjes die worden geproduceerd in de LHC, dwars over een grote afstand in de detector, en dan verval in de donkere materie.

"We bestuderen ook expliciete deeltjesrealisaties van mee-vervallende donkere materie. Samen-vernietigende donkere materie is een raamwerk om de juiste overvloed te produceren, en nieuwe deeltjesfysica-modellen die het raamwerk realiseren, worden onderzocht."

© 2016 Fys.org