Как да намерите тъмна материя

Нашата вселена се състои от обикновен (барионна) въпрос на само 15%. В останалите 85% е мистериозната тъмна материя, естеството на която остава неизвестна.

През 1933 г. американски астроном роденият в Швейцария Фриц Tsvikki, гледане на шестстотин галактиките в струпването Глава, разположен на 300 милиона светлинни години от Млечния път в посока на съзвездието Косите на Вероника (Косите на Вероника), установи, че масата на тази група, определена въз основа на скоростта галактики (така наречените динамични маса), 50 пъти масата изчислява чрез оценяване на светимост звезди. С липсата на доставки в галактическото струпване Дева три години по-късно той се завтече на американския Синклер Смит. Това сериозно разминаване е невъзможно да се обясни грешката в изчислението, така че учените са стигнали до извода, че Млечният път и някои спирални галактики съдържат не-светещата материя, чиято маса е много по-голяма от масата на звездите. Това "невидим" вещество Цвики през 1933 г., наречена тъмна материя. Холандски астроном Ян Оорт предложи термина година по-рано, но той използва, за да дава невярна хипотеза. Ето защо, тъмната материя се счита за баща още Цвики.

алтернативи

Фактът, че скоростта на планетата в орбита около една звезда е обратно пропорционална на корен квадратен от радиуса на орбитата му - по този начин разстоянието монотонно намалява. Това се дължи на факта, че гравитационната сила на звездата намалява обратно като квадрата на разстоянието, както и други източници на гравитацията в тази система там. По-голямата част на галактиката, от друга страна, се пада на звезди и газ натрупвания, които са на прилично разстояние от ядрото. Затова intragalactic скорост обект като разстоянието от ядрото трябва да се увеличи, да достигне до максимум и след това да се намали до много малки стойности. Ето го, само за да открие и не успя: след преминаване намалява максималната ставка, но не се стреми към нула.

По-късно открих, други аномалии. По този начин, в скоростта на затъмнени елиптични на звезди в периферията не иска да падне и да отиде на граничните стойности, нараства постепенно. От началото на 1980 г., астрономите са заподозрени, че, за да обясни динамиката на галактики и галактични купа трябва да вземе предвид всички по-рано неизвестни фактори. Въпреки това, много отдавна обвинява несъответствията с теорията на гравитационното влияние на невидимите групи от студен газ и охладените бели джуджета, но тези данни не са потвърдени в края на краищата. Поради това, в продължение на повече от тридесет години в борбата за тълкуване на аномалии се конкурират две коренно различни подходи. Първият от тях се основава на пренаписването на втория закон на Нютон, а вторият - в търсене на нови източници на гравитационни полета по скала галактически.

прав ли е Нютон?

Обяснете стабилизирането на звездните скорости по външните граници на спирални галактики не е особено трудно по принцип. Достатъчно е да се предположи, че закон за всеобщото привличане не работи върху гигантски разстояния, сравними с отдалечеността на периферните звезди от центъра на галактиката. Да приемем, че силата на привличане на звездите в централния регион на галактиката се намалява обратно пропорционално на разстоянието, което е много по-бавно, отколкото е предписано от Нютон. В този случай, скоростта на звездата в периферията ще бъде постоянна и не е нула. Въпреки това, тази проста хипотеза води до заключения, които не се поддържат от наблюдения.

В началото на 1980 г. израелски физик Мордехай Milgrom показа, че наблюдаваните аномалии могат да бъдат обяснени, ако се коригира основния закон на Нютоновата механика, според която ускорението е пропорционална на силата, действаща на тялото. Milgrom предполага, че много малко ускорение пропорционална на силата, не е, и му корен квадратен. Тази концепция е известна като модифицирани нютоновата динамика (модифициран нютоновата Dynamics, Mond). На нейна основа са разработени протоколи за изчисление, което позволи не само да се обясни поведението на звездните скорости, но и много повече функции на динамиката на галактики. По-късно, теорията на Milgrom обобщи и разшири своите възможности, които ни позволиха да обясни ефекта на гравитационната леща, която за първата версия на МОНД остава непосилна задача.

МОНД парадигма оказа изключително устойчиви. До този момент, той е убеден, макар и не твърде много поддръжници, които продължават да го подобрят. Въпреки това, повечето експерти все още вярват, че аномалията галактическия може да се обясни без краен опит на основите на нютоновата динамика, което изисква преразглеждане на общата теория на относителността. Едновременно с МОНД започна да се оформя конкурентна парадигма. Тя се основава на хипотезата, че при създаването на участващите галактически гравитационни полета частици е все още незаписани. Те са нещо, което сега се нарича тъмна материя.

тъмни частици

Хипотетични частици на този мистериозен въпрос дойдоха в астрономията на космологията. Преди четиридесет години, стана ясно, че нашата Вселена е с равнинна или почти равнинна геометрия, и по тази причина средната плътност на своя материал, който не бива да бъде твърде различен от 10 -29 грама / cm3. Дори и тогава се видя, че веществата, известни на науката за тази цел, не са достатъчни. Проблемът може да се елиминира, като се приеме, че масата на множество първични неутрина е около 20 ЕГ. Учените са говорили с тази идея смятат, че масивните неутрино се натрупват в периферията на галактическите купове и създава гравитационно поле, необходимо за стабилизирането на звездни скорости. Това беше първият път, предполага, че тъмната материя може да не барионна характер, която не се състои от протони и неутрони. Въпреки това, тази хипотеза не е потвърдена, тъй като с течение на времето стана ясно, че масата на трите разновидности на неутрино не надвишава няколко десети от електрон волта.

Тя изглежда като тъмен детектор въпрос LUX (Large Underground Xenon) експеримент монтирани в пещерата Дейвис Senfordskoy подземен лаборатория в Южна Дакота в бившия златната мина на дълбочина един километър и половина.

студени кандидати

Хигс е последният новооткритата частица, чието съществуване е предсказано въз основа на доминиращата теория на микросвета - стандартния модел на елементарните частици. Тъмните частици материя, ако те съществуват, не са описани от тази теория. В студения вариант, те трябва да са не-релативистична, много слабо си взаимодействат един с друг и с обикновената материя и нищо (в краен случай почти) не взаимодействат с фотони. В същото време, те трябва да се създаде гравитационно поле, както и частици от стандартния модел. Ето защо, те се наричат ​​слабо взаимодействащи масивни частици, или WIMP (Слабо Взаимодействие Масови частици, WIMP).

Най-популярните претенденти за титлата WIMPs са предложени въз основа на теорията за суперсиметрията. Тя твърди, че всяка частица на стандартния модел е т.нар superpartner (или superpartners), чието завъртане от Уг различен от себе си. Следователно частици с половин число завъртания, фермиони съответстват superpartners с число въртене, бозони и фермиони са бозони superpartners. Superparticle може да се разпадне, но най-лесният от тях е длъжен да бъде стабилна. Това се смята за най-добрият кандидат за ролята на частици на тъмната материя и се опитайте да се регистрирате в повечето експерименти. От всички теоретично възможни варианти на тези специалисти на частиците предпочитат Neutralino - квантовата смес superpartners фотон, Z-бозон и Higgs бозона.

WIMPs и кичури

виж WIMP

WIMPs търсят преки и косвени методи. Директно търсене има за цел да идентифицира своите сблъсъци с ядрата на обикновената материя, служител работи детектор тяло.

В 1 m 3 на пространството в близост до земната повърхност от няколко стотин до няколко хиляди WIMP. В сблъсъци, те губят част от кинетичната енергия и да го дам на детектора. Въпреки, че тези сблъсъци се случват само няколко пъти на ден, а освободената енергия е много малък, можете да се регистрирате и да се отделят от сблъсъци с космически лъчи и сухоземни радионуклиди.

Има три основни начина за насочване на откриване на WIMPs.

1. Когато ядрото на възстановяване може да бъде излъчвана кванти на светлина (сцинтилационен), които ще се изравнят фотоумножители.

2. В сблъсък с WIMP атом може да се превърне в йон губят някои електрони, които могат да бъдат открити.

3. Когато се използва работния флуид твърди сблъсъци възбуждат трептения на неговите кристални решетки, които също могат да бъдат проследени (за да се различават от топлинна фон, кристалът трябва да се охлажда почти до абсолютна нула). В реални експерименти, тези методи могат да бъдат комбинирани.

Xenon детектор. Слаба най-чувствителните детектори са инсталирани на течен ксенон. Те използват комбинирания подход: регистрирано като сцинтилационни фотони и йонизация на електрони, което позволява да се идентифицират взаимодействия с различни частици с течение на времето и относителното положение на тези събития, пресее "шум" (сблъсъка с известни частици) и се разпределят между събития тези, които отговарят схема взаимодействие с частици тъмната материя.

Индиректен търсене на тъмна материя обикновено е насочено към регистрацията на гама-лъчи, които могат да се родят в сблъсъците на WIMPs в дълбокия космос, във вътрешността на Слънцето и дори в дълбините на земята. Тъй като естеството на WIMPs е неизвестен, никой не знае какво да търсите и как да се тълкуват резултатите. Във всеки случай, конкретни отговори все още.

Липсата на напредък в търсенето на WIMPs през последните години се е увеличил интересът към друго семейство на кандидати за тъмна материя, леки слабо взаимодействащи частици - Visp (Слабо Взаимодействие Slim Частици, WISP). Най-голямо внимание се отделя на axions, които през 1977 г. са измислили Роберто Peccei и Елен Kvinn. Тези физици са се опитвали да се реши проблема по-скоро неприятно силен теория ядрено взаимодействие - квантовата хромодинамика. В основния си уравнение на съхранение не е включен СР-симетрия, който изпълнява огледално отражение и промени в античастици частиците. Нарушение на симетрията би трябвало да доведе до появата на неутронна електрически дипол момента, което не се наблюдава в експеримента. Peccei и Куин предлагат красив модел премахва това противоречие. Тя предполага съществуването на светлинни стабилни частици, които не носят електрически заряди, но в силно магнитно поле, за да се предизвика появата на фотони. Това е axions. По-късно, космолозите са показали, че axions могат да бъдат приемливи кандидати за частици тъмната материя.

В търсене на лекота

Един от най-перспективните кандидати за тъмната материя - на Axion, най-известният от слабо взаимодействащи частици (Нещо дребничко). Тази лека (около една милионна на електрон волта) стабилен незаредени частици че теоретично предсказано от квантовата хромодинамика да обясни липсата на нарушение на СР-симетрия, че е трудно да се открие, но Axion силни магнитни полета могат да предизвикат появата на фотони. Това е този ефект и се използва в експерименти за търсене на axions, които могат да бъдат наречени "светлина през стената": лазерно лъчение се отнася до непрозрачна стена, която преди (и) след инсталирани свръхпроводящи магнити генерират силно магнитно поле. Съществува вероятност фотона е силно магнитно поле пред стената "превръща" на Axion, който ще премине през бариерата, и след това "реализация," в фотон, което вече може да се установи от много чувствителни детектори.

Има и други версии на тъмната материя - свръхтежък реликва частици, изначални черни дупки, superpartners axions (Axinite) или гравитони (gravitino) и "огледало материя". Но това е чиста екзотика.

Технология и пари

В същото време търсенето за axions почти в застой. И това не е технология, и пари. Ако съществуват axions, то е само в много силни магнитни полета могат да бъдат регистрирани, където го преобразува виртуални фотони в истински. За да направите това ще се вписват перфектно teslovye 18 магнити, които са налични на пазара, а дори и по-добре - на експерименталната 32-teslovye. Те струват много пари, но те не са толкова лесно да се получи. Тези, които са в САЩ финансира областта на физиката, не много вярват в съществуването на axions, докато в други страни те почти никога не правя. Сега в университета в Сиатъл се подготвя експеримент ADMX, където участниците се опитват да открият axions от свръхпроводящ магнит със сила на полето на около 8 Тесла. В тези области на Axion се очаква много слаби сигнали, и те могат да търсят вечно. "Така че тук, - казва професор Клайн - бързи резултати не чакат."

Някои теории твърдят, че вакуумът не е празна и се състои от постоянно се появяват и изчезват двойки виртуални частици и античастици.
Тези частици описват Казимир ефект и Хокинг радиация.
Тъй като те са веднага след раждането, за да унищожи един от друг - ние не наблюдаваме енергия. Но, ако те водят до допълнително гравитационно поле? Дори за момент? Миг тук, за момент там. Много и много моменти - в определена сума на гравитационната константа.

Имам някаква информация празнина в най-azah проблема за тъмната материя. В началото на статията се предполагаше "студени", нерелативистката частици с маса от около 20 ЕГ. Това изчисление е направено за всички причини - на факта, че не е взаимодействие с обикновената материя и със самите себе си по различен начин от гравитацията, частица "охлади" с разширението на Вселената (като СУП) до появата на първите галактики, а след охлаждането спря - и изчислява от теглото на тази енергия като кинетичната (по обичайния формула MV2 / 2) с използване на първата пространствена скорост за средните галактики (като се има предвид тяхното тегло и размер на планирания хало тъмно вещество)? Или други предположения (без температура "перфектна тъмно газ" охлажда с разширяването на Вселената и скоростта, необходима за грижите на частиците на "гравитационни кладенци" на галактиката. - от порядъка на стотици километри в секунда) са направени?

И все пак за хипотезата за тъмната материя се състои от черни дупки. Извинявам се, че chaynikovsky въпрос, но това е много лесно да се предположи, че галактиката на звездите се въртят живи десет пъти по-невидими "пепел" звезди от предишните поколения? Със сигурност се смята, - би било гама-лъчение от натрупване или microlensing или черна дупка листа <1% массы исходной звезды, или что? На взгляд дилетанта такая гипотеза проще, чем добавление новых сущностей в квантовую физику. Астрономы, просветите plz!