Yeni Teori, Karanlık Maddenin Ekstra Boyutlu Bir Kozmik Mülteci Olabileceğini Önerdi

Evrendeki kütlenin çoğunluğunu oluşturan anlaşılması zor madde olan karanlık madde, Büyük Patlama'dan sonraki ilk anda ortaya çıkan graviton adı verilen büyük parçacıklardan oluşmuş olabilir.

Yeni bir teoriye göre, bu varsayımsal parçacıklar ekstra boyutlardan gelen kozmik mülteciler olabilir.

Araştırmacıların hesaplamaları, bu parçacıkların, yalnızca sıradan madde üzerindeki çekim kuvvetiyle "görülebilen" karanlık maddeyi açıklamak için doğru miktarlarda yaratılmış olabileceğini ima ediyor.

Büyük kütleli gravitonlar, erken Evren'deki sıradan parçacıkların çarpışmalarıyla üretilir.

Fransa'daki Lyon Üniversitesi'nde fizikçi olan ortak yazar Giacomo Cacciapaglia, verdiği demeçte, bu sürecin, büyük gravitonların karanlık madde adayları olması için çok nadir olduğuna inanılıyordu.

Ancak, Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde şubat ayında yayınlanan yeni bir çalışmada, Cacciapaglia, Kore Üniversitesi fizikçileri Haiying Cai ve Seung J. Lee ile birlikte, evrende şu anda tespit ettiğimiz tüm karanlık maddeyi açıklamak için erken Evren'de bu gravitonların yeterince yapılmış olacağını buldular.

Eğer varsa, gravitonların kütlesi 1 megaelektronvolttan (MeV) daha az olacak, yani bir elektronun kütlesinin iki katından fazla olmayacaktı.

Bu kütle seviyesi, Higgs bozonunun sıradan madde için kütle ürettiği ölçeğin oldukça altındadır - bu, modelin Evrendeki tüm karanlık maddeyi hesaba katmak için yeterince üretmesi için anahtardır. (Karşılaştırma için, bilinen en hafif parçacık olan nötrino, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ne göre 2 elektron volttan daha az ağırlığa sahipken, bir proton yaklaşık 940 MeV ağırlığındadır.)

Ekip, bu varsayımsal gravitonları, bazı fizikçilerin gözlemlenen üç uzay ve dördüncü boyut olan zamanın yanında var olduğundan şüphelenilen ekstra boyutların kanıtlarını ararken buldu.

Takımın teorisinde, yerçekimi ekstra boyutlar aracılığıyla yayıldığında, Evrenimizde bu durum devasa gravitonlar olarak gerçekleşir.

Ancak bu parçacıklar, sıradan madde ile yalnızca zayıf bir şekilde ve yalnızca yerçekimi kuvveti aracılığıyla etkileşime girecekti.

Bu tanım, karanlık madde hakkında bildiklerimize ürkütücü bir şekilde benziyor, ışıkla etkileşime girmeyen, ancak Evrenin her yerinde hissedilen bir yerçekimi etkisi var. Bu yerçekimi etkisi, galaksilerin birbirinden ayrılmasını engelleyen şeydir.

Cacciapaglia, "Büyük gravitonların karanlık madde parçacıkları olarak ana avantajı, yalnızca yerçekimi ile etkileşime girmeleri, dolayısıyla varlıklarını tespit etme girişimlerinden kaçabilmeleridir" dedi.

Buna karşılık, zayıf etkileşimli büyük parçacıklar, eksenler ve nötrinolar gibi önerilen diğer karanlık madde adayları, diğer kuvvetler ve alanlarla olan çok ince etkileşimleriyle de hissedilebilir.

Büyük kütleli gravitonların, Evrendeki diğer parçacıklar ve kuvvetler ile yerçekimi yoluyla zar zor etkileşime girmesi, başka bir avantaj sunar.

Cacciapaglia, "Çok zayıf etkileşimleri nedeniyle, o kadar yavaş bozunurlar ki, Evrenin ömrü boyunca sabit kalırlar," dedi, "Aynı nedenle, Evrenin genişlemesi sırasında yavaş yavaş üretilirler ve bugüne kadar birikmişlerdir."

Geçmişte fizikçiler, gravitonların olası karanlık madde adayları olmadığını düşündüler çünkü onları yaratan süreçler son derece nadirdi. Sonuç olarak, gravitonlar diğer parçacıklardan çok daha düşük oranlarda oluşturulacaktı.

Ancak ekip, Big Bang'den sonraki pikosaniyede (saniyenin trilyonda biri) bu gravitonların geçmişteki teorilerin önerdiğinden daha fazla yaratılmış olacağını buldu.

Çalışma, bu geliştirmenin, Evren'de tespit ettiğimiz karanlık madde miktarını tamamen açıklayaca devasa gravitonlar için yeterli olduğunu buldu.

Cacciapaglia, "Sonucun doğru olduğundan emin olmak için birçok kontrol yapmak zorunda kaldık, çünkü bu, büyük kütleli gravitonları potansiyel karanlık madde adayları olarak görme biçimimizde bir paradigma kaymasına neden oluyor" diyor.

Büyük kütleli gravitonlar Higgs bozonunun enerji ölçeğinin altında oluştuğundan, mevcut parçacık fiziğinin pek iyi tanımlamadığı daha yüksek enerji ölçekleriyle ilgili belirsizliklerden kurtulurlar.

Takımın teorisi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcılarında çalışılan fiziği yerçekimi fiziği ile birleştiriyor.

Bu, 2035'te faaliyete geçmesi gereken CERN'deki Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı gibi güçlü parçacık hızlandırıcıların, bu potansiyel karanlık madde parçacıklarının kanıtlarını arayabileceği anlamına geliyor.

Bu makale ilk olarak Live Science tarafından yayınlandı.