Tegenwoordig proberen veel onderzoeksteams over de hele wereld donkere materie te detecteren, een onzichtbare substantie waarvan wordt aangenomen dat deze verantwoordelijk is voor de meeste materie in het universum. Omdat het geen licht reflecteert of uitstraalt, is zijn aanwezigheid indirect onthuld via zijn zwaartekrachtinteracties met zichtbare materie.

Tot nu toe zijn de meest veelbelovende kandidaten voor donkere materie axionen, neutrino's en zwak interagerende massieve deeltjes. Onlangs zijn echter enkele natuurkundigen ook begonnen met het onderzoeken van de mogelijkheid dat een ander type hypothetische deeltjes, massieve gravitonen, levensvatbare kandidaten voor donkere materie zouden kunnen zijn.

De theorie suggereert dat massieve gravitonen werden geproduceerd tijdens botsingen tussen gewone deeltjes in de hete en dichte omgeving van het vroege heelal, in de paar ogenblikken na de oerknal. Hoewel theorieën hun bestaan ​​voorspellen, zijn deze deeltjes tot nu toe nooit direct gedetecteerd.

Onderzoekers van de Universiteit van Korea en de Universiteit van Lyon hebben onlangs een theoretische studie uitgevoerd om de mogelijkheid te onderzoeken dat massieve gravitonen goede kandidaten voor donkere materie kunnen zijn. De resultaten van hun theoretische berekeningen werden gepubliceerd in een artikel in Physical Review Letters .

"Onze studie begon met het kijken naar extra dimensies, met name kromgetrokken extra dimensies, die de afgelopen 20 jaar veel zijn bestudeerd", vertelde Giacomo Cacciapaglia, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys.org. "Wanneer de zwaartekracht zich voortplant in deze onzichtbare ruimte, materialiseert het massieve gravitonen. Hun koppeling met gewone materie is erg zwak, omdat ze van gravitatieoorsprong zijn."

Het proces waardoor massale gravitonen theoretisch zouden worden geproduceerd, is uiterst zeldzaam. Om deze reden zou de snelheid waarmee deze deeltjes worden geproduceerd aanzienlijk lager zijn dan de productiesnelheid van "gewone" deeltjes. Cacciapaglia en zijn collega's Haiying Cai en Seung Lee vroegen zich af of er in het vroege heelal genoeg massieve gravitonen werden geproduceerd om als een goede kandidaat voor donkere materie te worden beschouwd.

"Door de productiesnelheid van deze deeltjes te berekenen, ontdekten we dat sommige processen zijn verbeterd onder de schaal waarop het Higgs-deeltje massa's genereert voor de gewone deeltjes, 1 picoseconde na de oerknal," zei Cacciapaglia. "We hebben aangetoond dat deze verbetering voldoende is om de juiste hoeveelheid donkere materie te creëren in de vorm van massieve gravitonen met massa's onder de MeV."

De berekeningen van Cai, Lee en Cacciapaglia laten zien dat de productie van massieve gravitonen niet wordt geassocieerd met onbekende natuurkunde kort na de oerknal, maar het meest effectief is onder de energieschaal waarin Higgs-bosonen zich bevinden. Higgs-bosonen zijn elementaire deeltjes die het Higgs-veld dragen, het veld dat massa geeft aan fundamentele deeltjes zoals elektronen en quarks.

"Dit legt een direct verband tussen de fysica die is bestudeerd bij de Large Hadron Collider in Genève en de vroege fysica van zwaartekracht en donkere materie in het heelal," zei Cacciapaglia. "Onze resultaten impliceren dat donkere materie door zwaartekracht wordt geproduceerd 1 picoseconde na de oerknal, op een moment dat de deeltjesfysica goed wordt beschreven door de huidige theorieën."

In de toekomst kunnen de resultaten die door dit team van onderzoekers zijn verzameld, inspireren tot nieuwe studies en berekeningen die de productie van massieve gravitonen in het universum onderzoeken. Ondertussen zijn Cacciapaglia en zijn collega's van plan om voort te bouwen op het theoretische model dat in hun paper is geïntroduceerd, terwijl ze ook andere kandidaten voor donkere materie evalueren.

"We zijn nu van plan om andere kenmerken van een concreet model in kromgetrokken extra dimensie te onderzoeken die we in het artikel schetsen", voegde Cacciapaglia eraan toe. "We zijn vooral geïnteresseerd in de rol van een scalair deeltje genaamd radion en in de potentiële testbaarheid bij huidige en toekomstige deeltjesversnellers." + Verder verkennen

ATLAS- en CMS-samenwerkingen jagen op het onzichtbare met het Higgs-deeltje

© 2022 Science X Network