Masalah gelap dan tenaga gelap di alam semesta. 5. Bahan gelap

Masalah gelap dan tenaga gelap di alam semesta

Valery Anatolyevich Rubakov,
Institut Penyelidikan Nuklear, RAS, Moscow, Rusia

Pembentangan kuliah (pdf, 2 Mb)

Muat turun video (avi): Bahagian 1 (180 MB), Bahagian 2 (210 MB), Bahagian 3 (250 MB)

  • 1. Pengenalan
  • 2. Memperluaskan Alam Semesta
  • 3. Universe pada masa lalu
  • 4. Imbangan tenaga di alam semesta moden
  • 5. Bahan gelap
  • 6. Tenaga gelap
  • 7. Kesimpulan

5. Bahan gelap

Matlamat gelap adalah serupa dengan perkara biasa dalam erti kata bahawa ia mampu mengumpul beku (kira-kira saiz, katakan, galaksi atau sekelompok galaksi) dan mengambil bahagian dalam interaksi graviti dengan cara yang sama seperti perkara biasa. Kemungkinan besar, ia terdiri daripada zarah baru yang tidak terbuka dalam keadaan bumi.

Rajah. 6 Lensa graviti

Selain data kosmologi, pengukuran bidang graviti dalam kelompok galaksi dan galaksi memihak kepada kewujudan materi gelap. Terdapat beberapa cara untuk mengukur medan graviti dalam kelompok galaksi, salah satunya ialah lensa graviti, digambarkan dalam beras 6.

Bidang gravitasi gugusan membengkokkan sinar cahaya yang dipancarkan oleh galaksi di balik kluster, yaitu medan gravitasi bertindak sebagai lensa.Walau bagaimanapun, kadang-kadang terdapat beberapa imej galaksi jauh ini; pada separuh kiri ara. 6 mereka berwarna biru. Kelengkungan cahaya bergantung kepada pengedaran massa dalam kluster, tanpa mengira partikel mana yang membuat massa ini. Pengagihan jisim tersebut pulih ditunjukkan pada separuh kanan Rajah. 6 biru; ia dapat dilihat bahawa ia sangat berbeza dengan pengedaran bahan bercahaya. Diukur dengan cara yang sama, massa gugus galaksi adalah konsisten dengan fakta bahawa materi gelap melabur kira-kira 25% dari jumlah kepadatan tenaga di Alam Semesta. Ingat bahawa nombor yang sama diperolehi dengan membandingkan teori pembentukan struktur (galaksi, kelompok) dengan pemerhatian.

Rajah. 7

Matlamat gelap wujud dalam galaksi. Ini sekali lagi berikutan dari ukuran medan graviti, sekarang dalam galaksi dan persekitaran mereka. Semakin kuat bidang graviti, semakin pantas bintang-bintang dan awan gas berputar di sekeliling galaksi, sehingga pengukuran kelajuan putaran bergantung pada jarak ke pusat galaksi menjadikannya mungkin untuk memulihkan pengedaran massa di dalamnya. Ini digambarkan dalam beras 7: dengan jarak dari pusat galaksi halaju peredaran tidak berkurang,yang menunjukkan bahawa di dalam galaksi, termasuk jauh dari bahagian bercahayanya, terdapat perkara yang tidak bercahaya, gelap. Di Galaxy kita di sekitar Matahari, jisim perkara gelap adalah hampir sama dengan jisim perkara biasa.

Apakah zarah-zarah gelap? Jelas bahawa zarah-zarah ini tidak akan mereput ke dalam zarah-zarah yang lain, jika tidak, ia akan hancur semasa kewujudan Alam Semesta. Fakta ini sendiri menunjukkan bahawa dalam sifat bertindak barubelum lagi dibuka undang pemuliharaanmelarang zarah-zarah ini daripada hancur. Analogi di sini adalah dengan undang-undang pemuliharaan caj elektrik: sebuah elektron adalah zarah yang paling ringan dengan cas elektrik, dan itu sebabnya ia tidak mereput ke dalam zarah-zarah yang lebih ringan (contohnya, neutrino dan foton). Selanjutnya, zarah-zarah perkara gelap berinteraksi dengan sangat lemah dengan bahan kita, jika tidak, mereka akan dapat ditemui dalam eksperimen terestrial. Kemudian memulakan bidang hipotesis. Yang paling munasabah (tetapi jauh dari satu-satunya!) Adalah hipotesis bahawa zarah zarah gelap adalah 100-1000 kali lebih berat daripada proton, dan interaksi mereka dengan perkara biasa adalah setanding dengan intensiti untuk interaksi neutrino.Ia adalah dalam rangka hipotesis ini bahawa ketumpatan moden bahan gelap mendapati penjelasan yang mudah: zarah zat gelap secara intensif dilahirkan dan dimusnahkan di alam semesta yang sangat awal pada suhu yang sangat tinggi (sekitar 1015 darjah), dan sebahagian daripadanya hidup hingga ke hari ini. Dengan parameter tertentu zarah-zarah ini, kuantiti moden mereka di Semesta diperolehi dengan cara yang sepatutnya.

Bolehkah kita mengharapkan penemuan zarah-zarah perkara gelap dalam masa terdekat di bawah keadaan daratan? Sejak hari ini kita tidak mengetahui sifat zarah-zarah ini, adalah mustahil untuk menjawab soalan ini dengan tegas. Bagaimanapun, pandangan itu kelihatan sangat optimistik.

Terdapat beberapa cara untuk mencari bahan zarah gelap. Salah satu daripada mereka dikaitkan dengan eksperimen pada pemecut berkuasa tinggi masa depan – penjaja. Sekiranya zarah-zarah benda gelap benar-benar lebih berat dari proton 100-1000 kali, maka mereka akan dilahirkan dalam perlanggaran zarah-zarah biasa yang dipercepatkan pada para pelanggar kepada tenaga yang tinggi (tenaga yang dicapai pada pelanggar yang sedia ada tidak mencukupi untuk ini). Prospek yang segera di sini adalah berkaitan dengan Large Hadron Collider (LHC) yang sedang dibina di Pusat Antarabangsa CERN berhampiran Geneva, di mana rasuk counterpropagel 7×7 Teraelectronvolts akan diterima.Ia harus dikatakan, menurut hipotesis popular hari ini, zarah-zarah materi gelap hanya satu wakil dari keluarga baru zarah-zarah asas, jadi bersama-sama dengan penemuan zarah-zarah perkara gelap, seseorang boleh berharap untuk penemuan seluruh zarah baru dan interaksi baru pada pemecut. Kosmologi mencadangkan bahawa dunia zarah-zarah asas jauh dari kehabisan oleh "batu bata" yang diketahui hari ini!

Satu lagi cara adalah untuk mendaftarkan zarah-zarah gelap yang terbang di sekeliling kita. Mereka jauh dari kecil: dengan massa yang sama dengan 1000 jisim proton, zarah-zarah ini di sini dan kini sepatutnya 1000 keping setiap meter padu. Masalahnya adalah bahawa mereka sangat lemah berinteraksi dengan zarah-zarah biasa, bahan itu telus kepada mereka. Walau bagaimanapun, zarah-zarah perkara gelap kadang-kadang bertembung dengan nukleus atom, dan perlanggaran ini boleh didaftarkan. Carian dalam arah ini dilakukan dengan bantuan sejumlah pengesan yang sangat sensitif yang diletakkan di bawah tanah, di mana latar belakang dari sinar kosmik dikurangkan dengan ketara.

Rajah. 8

Akhirnya, satu lagi cara berkaitan dengan pendaftaran produk-produk zarah kegelapan gelap gelap di kalangan mereka.Zarah-zarah ini perlu dikumpulkan di pusat Bumi dan di tengah Matahari (bahan untuk mereka hampir telus, dan mereka boleh jatuh ke Bumi atau Matahari). Di sana mereka membinasakan satu sama lain, dan pada masa yang sama zarah-zarah lain terbentuk, termasuk neutrino. Neutrino ini bebas melepasi ketebalan Bumi atau Matahari, dan boleh didaftarkan dengan pemasangan khas – teleskop neutrino. Salah satu teleskop neutrino ini terletak di dalam Tasik Baikal (NT-200, beras 8), satu lagi (AMANDA) – dalam ais di Kutub Selatan.

Rajah. 9

Seperti yang ditunjukkan dalam beras 9, sebuah neutrino, sebagai contoh, dari pusat Matahari, boleh dengan kebarangkalian sedikit mengalami interaksi dalam air, akibatnya zarah yang dibentuk terbentuk (muon), cahaya yang didaftarkan. Oleh kerana interaksi neutrino dengan bahan sangat lemah, kebarangkalian kejadian sedemikian adalah kecil, dan pengesan yang sangat besar diperlukan. Sekarang pembinaan pengesan kilometer 1 kilometer telah bermula di Kutub Selatan.

Ada pendekatan lain untuk mencari bahan zarah gelap, sebagai contoh, mencari produk penghapusan mereka di wilayah tengah Galaxy kita.Yang mana antara cara ini akan membawa kepada kejayaan yang pertama, masa akan memberitahu, tetapi dalam mana-mana keadaan, penemuan zarah-zarah baru ini dan kajian sifat mereka akan menjadi pencapaian saintifik yang paling penting. Zarah-zarah ini akan memberitahu kita tentang sifat alam semesta dalam 10-9 dengan (satu bilion sejam!) selepas Big Bang, ketika suhu Universe adalah 1015 darjah, dan zarah benda gelap secara intensif berinteraksi dengan plasma kosmik.


Like this post? Please share to your friends:
Masalah gelap dan tenaga gelap di alam semesta ">
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: