Cos'è la misteriosa materia oscura? La materia oscura dell’universo sta “perdendo peso”, dicono i fisici russi.

MOSCA, 12 dicembre - RIA Novosti. La quantità di materia oscura nell'Universo è diminuita di circa il 2-5%, il che potrebbe spiegare le discrepanze nei valori di alcuni importanti parametri cosmologici durante il Big Bang e oggi, affermano i cosmologi russi in un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review. D.

“Immaginiamo che la materia oscura sia composta da diversi componenti, come la materia ordinaria, e che un componente sia costituito da particelle instabili, la cui durata è piuttosto lunga: nell’era della formazione dell’idrogeno, centinaia di migliaia di anni dopo. Big Bang, esistono ancora nell'Universo, ma oggi sono già scomparsi, decadendo in neutrini o ipotetiche particelle relativistiche. Quindi la quantità di materia oscura nel passato e oggi sarà diversa”, ha detto Dmitry Gorbunov del Phystech di Mosca, le cui parole sono citate dal servizio stampa dell’università.

La materia oscura è un'ipotetica sostanza che si manifesta esclusivamente attraverso l'interazione gravitazionale con le galassie, introducendo distorsioni nel loro movimento. Le particelle di materia oscura non interagiscono con nessuna specie radiazione elettromagnetica, e quindi non possono essere registrati durante le osservazioni dirette. La materia oscura rappresenta circa il 26% della massa dell'universo, mentre la materia "ordinaria" costituisce solo il 4,8% circa della sua massa: il resto è l'altrettanto misteriosa energia oscura.

Hubble ha aiutato gli scienziati a scoprire l'espansione inaspettatamente rapida dell'UniversoSi è scoperto che l'Universo si sta espandendo ancora più velocemente di quanto abbiano mostrato i calcoli basati sulle osservazioni dell '"eco" del Big Bang. Ciò indica l'esistenza di una terza misteriosa sostanza "oscura": la radiazione oscura o l'incompletezza della teoria della relatività.

Le osservazioni sulla distribuzione della materia oscura negli angoli più vicini e remoti dell'Universo, effettuate utilizzando telescopi terrestri e la sonda Planck, hanno recentemente rivelato una cosa strana: si è scoperto che il tasso di espansione dell'Universo e alcune proprietà della l '"eco" del Big Bang in un lontano passato e oggi notevolmente diverso. Ad esempio, oggi le galassie si allontanano l'una dall'altra molto più velocemente di quanto risulta dai risultati dell'analisi della radiazione cosmica di fondo a microonde.

Gorbunov e i suoi colleghi hanno scoperto possibile motivo Questo.

Un anno fa, uno degli autori dell'articolo, l'accademico Igor Tkachev dell'Istituto fisica nucleare RAS di Mosca, ha formulato la teoria della cosiddetta materia oscura in decadimento (DDM), in cui, a differenza della teoria generalmente accettata della “materia oscura fredda” (CDM), alcune o tutte le sue particelle sono instabili. Queste particelle, come suggerito da Tkachev e dai suoi collaboratori, dovrebbero decadere abbastanza raramente, ma in quantità notevoli, per dare origine a deviazioni tra l'Universo giovane e quello moderno.

Nel suo nuovo lavoro Tkachev, Gorbunov e il loro collega Anton Chudaykin hanno provato a calcolare quanta materia oscura deve essere decaduta, utilizzando i dati raccolti da Planck e da altri osservatori che hanno studiato la radiazione cosmica di fondo a microonde e le prime galassie dell'Universo.

Come hanno mostrato i loro calcoli, il decadimento della materia oscura può effettivamente spiegare perché i risultati delle osservazioni di questa sostanza utilizzando Planck non corrispondono alle osservazioni degli ammassi di galassie più vicini a noi.

È interessante notare che ciò richiede un relativo decadimento piccola quantità materia oscura - dal 2,5 al 5% di essa massa totale, la cui quantità non dipende quasi da quali proprietà fondamentali dovrebbe avere l'Universo. Ora, come spiegano gli scienziati, tutta questa materia è decaduta, e il resto della materia oscura, di natura stabile, si comporta come descritto dalla teoria CDM. D'altra parte, è anche possibile che continui a decadere.

“Ciò significa che nell'Universo di oggi c'è il 5% in meno di materia oscura rispetto all'era della formazione delle prime molecole di idrogeno ed elio dopo la nascita dell'Universo. Ora non possiamo dire quanto velocemente sia decaduta questa parte instabile è possibile che la materia oscura continui a decadere e ora, anche se questo è un modello diverso, molto più complesso”, conclude Tkachev.

Materia oscura- questa è un'altra delle scoperte dell'umanità fatte "sulla punta della penna". Nessuno l'ha mai sentito, non si irradia onde elettromagnetiche e non interagisce con loro. Per più di mezzo secolo non ci sono prove sperimentali dell'esistenza della materia oscura, vengono forniti solo calcoli sperimentali che presumibilmente ne confermano l'esistenza; Ma avanti al momento- questa è solo un'ipotesi degli astrofisici. Tuttavia, va notato che questa è una delle ipotesi scientifiche più intriganti e molto ragionevoli.

Tutto è iniziato all'inizio del secolo scorso: gli astronomi hanno notato l'immagine del mondo che osservavano non rientra nella teoria della gravità. Teoricamente, le galassie, avendo la massa calcolata, ruotano più velocemente di quanto dovrebbero.

Ciò significa che esse (le galassie) hanno una massa molto maggiore di quanto suggeriscono i calcoli basati sulle osservazioni effettuate. Ma poiché ruotano ancora, o la teoria della gravità non è corretta, oppure questa teoria non “funziona” su oggetti come le galassie. Oppure c’è più materia nell’Universo di quanta gli strumenti moderni possano rilevare. Questa teoria divenne più popolare tra gli scienziati e questa ipotetica sostanza intangibile fu chiamata materia oscura.
Dai calcoli risulta che la materia oscura nelle galassie è circa 10 volte superiore al normale e materie diverse interagiscono tra loro solo a livello gravitazionale, cioè la materia oscura si manifesta esclusivamente sotto forma di massa.
Alcuni scienziati suggeriscono che alcuni materia oscura- Questa è una sostanza ordinaria, ma non emette radiazioni elettromagnetiche. Tali oggetti includono aloni galattici oscuri, stelle di neutroni e nane brune, nonché altri oggetti spaziali ancora ipotetici.

Se credi alle conclusioni degli scienziati, viene raccolta la materia ordinaria (contenuta principalmente nelle galassie).
attorno alle aree con le più dense concentrazioni di materia oscura. Nello spazio risultante
Sulla mappa, la materia oscura è una rete irregolare di filamenti giganti, nel tempo
aumentando e diminuendo nei luoghi degli ammassi galattici.

La materia oscura si divide in diverse classi: calda, tiepida e fredda (questo dipende dalla velocità delle particelle di cui è composta). Ecco come si distingue la materia oscura calda, calda e fredda. È la materia oscura fredda quella che interessa maggiormente gli astronomi, poiché può formare oggetti stabili, ad esempio intere galassie oscure.
La teoria della materia oscura rientra anche nella teoria del Big Bang. Pertanto, gli scienziati presumono che 300mila anni dopo l'esplosione, le particelle di materia oscura iniziarono ad accumularsi in enormi quantità, e successivamente si formarono particelle di materia ordinaria raccolte su di esse dalla forza di gravità e galassie.
Questi risultati sorprendenti significano che la massa della materia ordinaria è solo una piccola percentuale della massa totale dell’Universo!!!

Cioè, il mondo a noi visibile è solo una piccola parte di ciò di cui è effettivamente costituito l'Universo. E non possiamo nemmeno immaginare cosa sia questo enorme “qualcosa”.

È noto che la materia oscura interagisce con la materia “luminosa” (barionica), almeno in maniera gravitazionale, e rappresenta un mezzo con una densità cosmologica media parecchie volte superiore alla densità dei barioni. Questi ultimi vengono catturati nei buchi gravitazionali delle concentrazioni di materia oscura. Pertanto, sebbene le particelle di materia oscura non interagiscano con la luce, la luce viene emessa dal luogo in cui si trova la materia oscura. Questa notevole proprietà dell’instabilità gravitazionale ha reso possibile studiare la quantità, lo stato e la distribuzione della materia oscura utilizzando dati osservativi dalla radio ai raggi X.

Lo studio diretto della distribuzione della materia oscura negli ammassi di galassie è diventato possibile dopo che negli anni '90 sono state ottenute immagini altamente dettagliate. In questo caso, le immagini delle galassie più distanti proiettate sull'ammasso risultano distorte o addirittura spezzate a causa dell'effetto della lente gravitazionale. In base alla natura di queste distorsioni, diventa possibile ricostruire la distribuzione e la grandezza della massa all'interno dell'ammasso, indipendentemente dalle osservazioni delle galassie nell'ammasso stesso. Pertanto, la presenza di massa nascosta e materia oscura negli ammassi di galassie è confermata con un metodo diretto.

Uno studio pubblicato nel 2012 sui movimenti di oltre 400 stelle situate a distanze fino a 13.000 anni luce dal Sole non ha trovato prove di materia oscura nel grande volume di spazio attorno al Sole. Secondo le previsioni teoriche, la quantità media di materia oscura nelle vicinanze del Sole avrebbe dovuto essere di circa 0,5 kg di volume globo. Tuttavia, le misurazioni hanno dato un valore di 0,00±0,06 kg di materia oscura in questo volume. Ciò significa che i tentativi di rilevare la materia oscura sulla Terra, ad esempio attraverso rare interazioni di particelle di materia oscura con la materia “ordinaria”, difficilmente avranno successo.

Candidati della materia oscura

Materia oscura barionica

L’ipotesi più naturale sembra essere che la materia oscura sia costituita da materia ordinaria, barionica, che per qualche motivo interagisce debolmente elettromagneticamente e quindi non è rilevabile quando si studiano, ad esempio, le linee di emissione e di assorbimento. La composizione della materia oscura può includere molti oggetti cosmici già scoperti, come: aloni galattici oscuri, nane brune e pianeti massicci, oggetti compatti nelle fasi finali dell'evoluzione: nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri. Inoltre, anche ipotetici oggetti come stelle di quark, stelle Q e stelle preoni potrebbero far parte della materia oscura barionica.

I problemi con questo approccio si manifestano nella cosmologia del Big Bang: se tutta la materia oscura è rappresentata da barioni, allora il rapporto tra le concentrazioni di elementi leggeri dopo la nucleosintesi primaria, osservato negli oggetti astronomici più antichi, dovrebbe essere diverso, nettamente diverso da quanto osservato . Inoltre, gli esperimenti per la ricerca della lente gravitazionale della luce delle stelle nella nostra Galassia mostrano che non si osserva una concentrazione sufficiente di grandi oggetti gravitanti come pianeti o buchi neri per spiegare la massa dell'alone della nostra Galassia, e piccoli oggetti di una concentrazione sufficiente dovrebbe assorbire la luce delle stelle in modo troppo forte.

Materia oscura non barionica

I modelli teorici forniscono ampia selezione possibili candidati per il ruolo di materia invisibile non barionica. Elenchiamone alcuni.

Neutrini leggeri

A differenza di altri candidati, i neutrini hanno un chiaro vantaggio: si sa che esistono. Poiché il numero di neutrini nell'Universo è paragonabile al numero di fotoni, anche se hanno una massa piccola, i neutrini potrebbero determinare la dinamica dell'Universo. Per ottenere , dove si trova la cosiddetta densità critica, sono necessarie masse di neutrini dell'ordine di eV, dove indica il numero di tipi di neutrini leggeri. Gli esperimenti condotti fino ad oggi forniscono stime delle masse dei neutrini dell'ordine degli eV. Pertanto, i neutrini leggeri sono praticamente esclusi come candidati per la frazione dominante della materia oscura.

Neutrini pesanti

Dai dati sull'ampiezza di decadimento del bosone Z segue che il numero di generazioni di particelle debolmente interagenti (compresi i neutrini) è pari a 3. Pertanto, i neutrini pesanti (almeno con una massa inferiore a 45 GeV) sono necessariamente i così- chiamato. “sterili”, cioè particelle che non interagiscono debolmente. I modelli teorici prevedono la massa su un intervallo di valori molto ampio (a seconda della natura di quel neutrino). Dalla fenomenologia che segue un intervallo di massa di circa eV, i neutrini sterili potrebbero costituire una parte significativa della materia oscura.

Particelle supersimmetriche

Nelle teorie supersimmetriche (SUSY), esiste almeno una particella stabile che è un nuovo candidato per la materia oscura. Si presume che questa particella (LSP) non partecipi alle interazioni elettromagnetiche e forti. Le particelle LSP possono essere fotino, gravitino, higgsino (superpartner del fotone, gravitone e bosone di Higgs, rispettivamente), nonché sneutrino, vino e zino. Nella maggior parte delle teorie, una particella LSP è una combinazione delle particelle SUSY di cui sopra con una massa dell'ordine di 10 GeV.

Cosmoni

I cosmioni sono stati introdotti nella fisica per risolvere il problema dei neutrini solari, che consiste in una differenza significativa nel flusso di neutrini rilevati sulla Terra rispetto al valore previsto dal modello standard del Sole. Tuttavia, questo problema è stato risolto nel quadro della teoria delle oscillazioni dei neutrini e dell'effetto Mikheev-Smirnov-Wolfenstein, quindi i cosmioni sono apparentemente esclusi dai candidati al ruolo di materia oscura.

Difetti topologici dello spazio-tempo

Secondo i moderni concetti cosmologici, l'energia del vuoto è determinata da un certo campo scalare localmente omogeneo e isotropo. Questo campo è necessario per descrivere le cosiddette transizioni di fase del vuoto durante l'espansione dell'Universo, durante le quali si è verificata una consistente violazione della simmetria, che ha portato alla separazione delle interazioni fondamentali. Una transizione di fase è un salto nell'energia di un campo del vuoto che tende al suo stato fondamentale (lo stato con energia minima ad una data temperatura). Diverse regioni dello spazio potrebbero sperimentare tale transizione in modo indipendente, dando luogo alla formazione di regioni con un certo “allineamento” del campo scalare, che, espandendosi, potrebbero entrare in contatto tra loro. Nei punti d'incontro di regioni con diverso orientamento potrebbero formarsi difetti topologici stabili di varia configurazione: particelle puntiformi (in particolare monopoli magnetici), oggetti estesi lineari (stringhe cosmiche), membrane bidimensionali (pareti di dominio), difetti dimensionali (texture). Tutti questi oggetti, di regola, hanno una massa colossale e potrebbero dare un contributo dominante alla materia oscura. Al momento (2012), tali oggetti non sono stati scoperti nell'Universo.

Classificazione della materia oscura

A seconda della velocità delle particelle che presumibilmente compongono la materia oscura, questa può essere divisa in diverse classi.

Materia oscura calda

Composto da particelle che si muovono a una velocità prossima a quella della luce, probabilmente neutrini. Queste particelle hanno una massa molto piccola, ma ancora non zero, e dato l'enorme numero di neutrini nell'Universo (300 particelle per 1 cm³), ciò dà una massa enorme. In alcuni modelli, i neutrini rappresentano il 10% della materia oscura.

A causa della sua enorme velocità, questa materia non può formare strutture stabili, ma può influenzare la materia ordinaria e altri tipi di materia oscura.

Materia oscura calda

La materia che si muove a velocità relativistiche, ma inferiori alla materia oscura calda, è chiamata “calda”. Le velocità delle sue particelle possono variare da 0,1c a 0,95c. Alcuni dati, in particolare fluttuazioni di temperatura la radiazione di fondo a microonde dà motivo di credere che una tale forma di materia possa esistere.

Non ci sono ancora candidati per il ruolo di componenti della materia oscura calda, ma è possibile che i neutrini sterili, che dovrebbero muoversi più lentamente dei soliti tre tipi di neutrini, potrebbero essere uno di questi.

Materia oscura fredda

La materia oscura che si muove a velocità classiche è chiamata “fredda”. Questo tipo di materia è di grande interesse poiché, a differenza della materia oscura calda e calda, la materia fredda può formare formazioni stabili e persino intere galassie oscure.

Mentre le particelle adatte al ruolo componenti la materia oscura fredda non è stata rilevata. I candidati per il ruolo di materia oscura fredda sono particelle massicce che interagiscono debolmente - WIMP, come gli assioni e i partner fermionici supersimmetrici dei bosoni leggeri - fotini, gravitini e altri.

Materia oscura mista

Nella cultura popolare

• Nella serie Mass Effect, la materia oscura e l'energia oscura sotto forma del cosiddetto "Elemento Zero" sono necessarie per il movimento a velocità superluminali. Alcune persone, i biotici, usando l'energia oscura, possono controllare i campi di effetto di massa.
• Nella serie animata Futurama, la materia oscura viene utilizzata come combustibile astronave Compagnia Espresso Interplanetario. La materia nasce sotto forma di feci della razza aliena "Zubastilons" ed è estremamente densa in densità.

Vedi anche

Note

Letteratura

• Sito di Modern Cosmology, che contiene anche una selezione di materiali sulla materia oscura.
• G.W.Klapdor-Kleingrothaus, A.Staudt Fisica non acceleratrice particelle elementari. M.: Nauka, Fizmatlit, 1997.

Collegamenti

• S. M. Bilenky, Masse dei neutrini, mescolamenti e oscillazioni, UFN 173 1171-1186 (2003)
• V. N. Lukash, E. V. Mikheeva, La materia oscura: dalle condizioni iniziali alla formazione della struttura dell'Universo, UFN 177 1023-1028 (2007)
• DI. Kazakov "Dark Matter", da una serie di conferenze del progetto PostScience (video)
• Anatoly Cherepashchuk. “Nuove forme di materia nell’Universo, prima parte” - Massa oscura ed energia oscura, dal ciclo di conferenze “ACADEMIA” (video)

Fondazione Wikimedia.

2010.

Scopri cos'è la "materia oscura" in altri dizionari: MATERIA OSCURA

- (TM) materia insolita del nostro Universo, costituita non da (vedi), cioè non da protoni, neutroni, mesoni, ecc., e scoperta dal più forte effetto gravitazionale su oggetti cosmici di ordinaria natura barionica (stelle, galassie, nero... …

Materia oscura The Outer Limits: Dark Matters Genere fantascienza ... Wikipedia

Questo termine ha altri significati, vedi Dark Star. Una stella oscura è un tipo di stella teoricamente previsto che avrebbe potuto esistere all'inizio della formazione dell'Universo, anche prima... ... Wikipedia- realtà oggettiva che esiste al di fuori e indipendentemente dalla coscienza umana e che è riflessa da essa (ad esempio, M. vivente e non vivente). L'unità del mondo è nella sua materialità. In fisica M. tutti i tipi di esistenza (vedi), che possono essere in diversi... ... Grande Enciclopedia del Politecnico

Ad oggi, il mistero sulla provenienza della materia oscura non è stato risolto. Ci sono teorie che suggeriscono che sia costituito da gas interstellare a bassa temperatura. In questo caso, la sostanza non può produrre alcuna radiazione. Tuttavia, ci sono teorie contro questa idea. Dicono che il gas è in grado di riscaldarsi, il che porta al fatto che diventano normali sostanze “barioniche”. Questa teoria è supportata dal fatto che la massa di gas allo stato freddo non può eliminare il deficit che ne deriva.

Ci sono così tante domande sulle teorie della materia oscura che vale la pena esaminarle un po’ di più.

Cos'è la materia oscura?

La questione su cosa sia la materia oscura è nata circa 80 anni fa. Indietro all'inizio del 20° secolo. A quel tempo, l'astronomo svizzero F. Zwicky ebbe l'idea che la massa di tutte le galassie in realtà è maggiore della massa di tutti quegli oggetti che possono essere visti con i propri gas in un telescopio. Tutti i numerosi indizi lasciavano intendere che esistesse qualcosa di sconosciuto nello spazio, dotato di una massa impressionante. Si decise di dare il nome di “sostanza oscura” a questa sostanza inspiegabile.

Questa sostanza invisibile occupa almeno un quarto dell'intero Universo. La particolarità di questa sostanza è che le sue particelle interagiscono male tra loro e con altre sostanze ordinarie. Questa interazione è così debole che gli scienziati non riescono nemmeno a rilevarla. In effetti, ci sono solo segni di influenza da parte delle particelle.

Lo studio di questo problema è condotto dalle più grandi menti di tutto il mondo, quindi anche i più grandi scettici del mondo credono che sarà possibile catturare particelle della sostanza. L'obiettivo più desiderabile è farlo in un ambiente di laboratorio. Nelle miniere su grande profondità il lavoro è in corso, tali condizioni per gli esperimenti sono necessarie per eliminare le interferenze causate da particelle di raggi provenienti dallo spazio.

C'è una possibilità che molto nuove informazioni sarà possibile ottenerlo grazie ai moderni acceleratori, in particolare, con l'ausilio del Large Hadron Collider.

Le particelle di materia oscura hanno una caratteristica strana: la distruzione reciproca. Come risultato di tali processi compaiono radiazioni gamma, antiparticelle e particelle (come elettroni e positroni). Pertanto, gli astrofisici stanno cercando di trovare tracce di radiazioni gamma o antiparticelle. Per questo vengono utilizzate varie installazioni terrestri e spaziali.

Prove dell'esistenza della materia oscura

I primissimi dubbi sulla correttezza dei calcoli della massa dell'Universo, come già accennato, furono condivisi dall'astronomo svizzero F. Zwicky. Per cominciare, ha deciso di misurare la velocità delle galassie dell'ammasso della Chioma che si muovono attorno al centro. E il risultato del suo lavoro lo lasciò un po' perplesso, perché la velocità di movimento di queste galassie si rivelò maggiore di quanto si aspettasse. Inoltre, ha precalcolato questo valore. Ma i risultati non furono gli stessi.

La conclusione era ovvia: la massa reale dell'ammasso era molto maggiore di quella apparente. Ciò potrebbe essere spiegato dal fatto che la maggior parte della materia che si trova in questa parte dell'Universo non può essere vista, ed è anche impossibile osservarla. Questa sostanza mostra le sue proprietà solo sotto forma di massa.

Numerosi esperimenti gravitazionali hanno confermato la presenza di massa invisibile negli ammassi di galassie. La teoria della relatività ha qualche interpretazione di questo fenomeno. Se lo segui, ogni massa è in grado di deformare lo spazio, inoltre, come una lente, piega il flusso diretto dei raggi luminosi. L'ammasso di galassie provoca distorsioni, la sua influenza è così forte che diventa evidente. La visione della galassia che si trova direttamente dietro l'ammasso è molto distorta. Questa distorsione viene utilizzata per calcolare come è distribuita la materia in questo cluster. Ecco come viene misurata la massa reale. Risulta invariabilmente essere molte volte più grande della massa della materia visibile.

Quattro decenni dopo il lavoro del pioniere in questo campo, F. Zwicky, l'astronomo americano V. Rubin si occupò di questo problema. Ha studiato la velocità con cui la materia, che si trova ai margini delle galassie, ruota attorno al centro della galassia. Se seguiamo le leggi di Keplero relative alle leggi di gravità, allora esiste una certa relazione tra la velocità di rotazione delle galassie e la distanza dal centro.

Ma in realtà, le misurazioni hanno mostrato che la velocità di rotazione non cambiava con l’aumentare della distanza dal centro. Tali dati potrebbero essere spiegati solo in un modo: la materia della galassia ha la stessa densità sia al centro che ai bordi. Ma la sostanza visibile aveva una densità molto maggiore al centro ed era caratterizzata da scarsità ai bordi, e la mancanza di densità poteva essere spiegata solo con la presenza di qualche sostanza non visibile all'occhio.

Per spiegare il fenomeno, è necessario che nelle galassie ci sia quasi 10 volte più di questa materia invisibile di quella che possiamo vedere. Questa sostanza sconosciuta è chiamata “materia oscura” o “materia oscura”. Ad oggi, questo fenomeno rimane il mistero più interessante per gli astrofisici.

C'è un altro argomento a favore della prova dell'esistenza della materia oscura. Deriva dai calcoli che descrivono il processo di formazione delle galassie. Si ritiene che ciò sia iniziato circa 300.000 anni dopo il Big Bang. I risultati dei calcoli dicono che l'attrazione tra i frammenti di materia apparsa durante l'esplosione non è riuscita a compensarla energia cinetica dalla dispersione. Cioè, la materia non potrebbe concentrarsi nelle galassie, ma possiamo vederla oggi.

Questo fatto inspiegabile chiamato paradosso della galassia, è stato citato come argomento che distrugge la teoria del Big Bang. Ma puoi guardarlo dall'altra parte. Dopotutto, le particelle della materia più ordinaria potrebbero mescolarsi con particelle della materia oscura. Allora i calcoli diventano corretti e si scopre come si sono formate le galassie in cui si era accumulata molta materia oscura e particelle di materia ordinaria si erano già unite a loro a causa della gravità. Dopotutto, la materia ordinaria costituisce una piccola frazione della massa totale dell’Universo.

La materia visibile ha una densità relativamente bassa rispetto a sostanza oscura, perché è 20 volte più denso. Pertanto, quel 95% della massa dell’Universo che manca secondo i calcoli degli scienziati è materia oscura.

Tuttavia, ciò ha portato alla conclusione che tutto mondo visibile, che è stato studiato in lungo e in largo, così familiare e comprensibile, è solo una piccola aggiunta a ciò in cui consiste realmente.

Tutte le galassie, i pianeti e le stelle sono solo una piccola parte di qualcosa di cui non abbiamo idea. Questo è ciò che viene esposto, ma il reale ci è nascosto.

Un costrutto teorico in fisica chiamato Modello Standard descrive le interazioni di tutti noto alla scienza particelle elementari. Ma questo è solo il 5% della materia esistente nell'Universo, il restante 95% ne è assolutamente costituito natura sconosciuta. Cos’è questa ipotetica materia oscura e come stanno cercando di rilevarla gli scienziati? Hayk Hakobyan, studente del MIPT e dipendente del Dipartimento di Fisica e Astrofisica, ne parla nell'ambito di un progetto speciale.

Il Modello Standard delle particelle elementari, finalmente confermato dopo la scoperta del bosone di Higgs, descrive le interazioni fondamentali (elettrodeboli e forti) delle particelle ordinarie che conosciamo: leptoni, quark e trasportatori di forza (bosoni e gluoni). Tuttavia, si scopre che tutta questa teoria enorme e complessa descrive solo circa il 5-6% di tutta la materia, mentre il resto non rientra in questo modello. Le osservazioni dei primi istanti del nostro Universo ci mostrano che circa il 95% della materia che ci circonda è di natura completamente sconosciuta. In altre parole, vediamo indirettamente la presenza di questa materia nascosta a causa della sua influenza gravitazionale, ma non siamo ancora riusciti a catturarla direttamente. Questo fenomeno di massa nascosta è chiamato in codice “materia oscura”.

La scienza moderna, in particolare la cosmologia, funziona secondo il metodo deduttivo di Sherlock Holmes

Ora il principale candidato del gruppo WISP è l'assione, che si presenta nella teoria dell'interazione forte e ha una massa molto piccola. Una particella del genere è in grado di trasformarsi in una coppia fotone-fotone in campi magnetici elevati, il che dà suggerimenti su come si potrebbe provare a rilevarla. L'esperimento ADMX utilizza grandi camere che creano un campo magnetico di 80.000 gauss (ovvero 100.000 volte superiore campo magnetico Terra). In teoria, un tale campo dovrebbe stimolare il decadimento di un assione in una coppia fotone-fotone, che i rilevatori dovrebbero catturare. Nonostante numerosi tentativi, non è stato ancora possibile rilevare WIMP, assioni o neutrini sterili.

Abbiamo quindi percorso un gran numero di ipotesi diverse cercando di spiegare la strana presenza della massa nascosta e, dopo aver respinto tutte le impossibilità con l'aiuto delle osservazioni, siamo arrivati ​​a diverse ipotesi possibili con le quali possiamo già lavorare.

Anche un risultato negativo nella scienza è un risultato, poiché fornisce restrizioni su vari parametri delle particelle, ad esempio elimina la gamma di possibili masse. Di anno in anno, sempre più nuove osservazioni ed esperimenti negli acceleratori forniscono nuove e più severe restrizioni sulla massa e su altri parametri delle particelle di materia oscura. Pertanto, eliminando tutte le opzioni impossibili e restringendo il cerchio delle ricerche, giorno dopo giorno ci avviciniamo alla comprensione di cosa costituisce il 95% della materia nel nostro Universo.