تئوری جدید ماده تاریک: باقیماندههای سردشده ذرات پرانرژی اولیه کیهان

تئوری جدید ماده تاریک باقیماندههای سردشده ذرات پرانرژی اولیه کیهان, حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش، کیهان در فضایی فشرده و درهمتنیده قرار داشت که میتوانست به راحتی در میان دندانها جا بگیرد. در آن لحظات، ذراتی از انواع مختلف با سرعت و انرژی بالا در حرکت بودند و برای یافتن فضای کافی به طور مداوم با یکدیگر برخورد میکردند و در هم میلولیدند.

پایههای نظری و فرمیونهای دیراک بر اساس مدل نامبو و جونا-لازینیو برای سنتز نوکلئونها، گروهی خاص از این ذرات که تحت عنوان فرمیونهای دیراک شناخته میشوند، میتوانند به روشی شبیه به پیوند الکترونها در ابررساناها (شکلگیری جفتهای کوپر) به هم جفتی کنند. اگرچه فیزیک حاکم بر این فرآیند حتی برای مکانیک کوانتوم نیز پیچیده است، اما پیامدهای مهمی برای رشد کیهانی، از جمله تورم کیهانی و گسترش آتی جهان دارد.

تمامی این استدلالها بر فرض برقرار ماندن تقریبی دمای این فضا استوار بودهاند. بررسی ویژگیهای حرارتی و فرآیند یخزدن انرژی لیانگ و کالدول پرسیدند که چه میشود اگر ویژگیهای حرارتی دیگر نیز در نظر گرفته شود؟

وفانی به طوفان برف خواهد بود.

لیانگ بیان میکند غیرمنتظرهترین قسمت مدل ریاضی ما، کاهش ناگهانی انرژی است که انرژی با چگالی بالا را به حالت تودهای با انرژی پایین پل میزند. ارتباط جفتهای کوپر با پیدایش ماده تاریک وجود جفتهای کوپر در میان الکترونها نشان میدهد که برای توضیح پیدایش ذرات آهسته و تاریک تشکیلدهنده ماده تاریک، نیازی به مکانیزمهای شگفتانگیز و عجیب نیست.

از همه مهمتر، این فرضیه میتواند توضیح دهد که بخش بزرگی از انرژی اولیه کیهان به کجا رفته است. لیانگ افزوده میگوید ساختارها جرم خود را از چگالی ماده تاریک سرد به دست میآورند، اما باید مکانیزمی وجود داشته باشد که طی آن، چگالی انرژی به چیزی نزدیک به مقدار امروزی افت یابد. مدل ریاضی نظریه ما واقعاً زیباست، چون بسیار ساده است.

یک، این نظریه را میتوان با دادههای موجود آزمایش کرد.

تبدیل از ذرات تنها، داغ و پرانرژی به پیوندهای سرد و کند، ردیابی در تابش پسزمینه کیهانی ایجاد میکند؛ تابشی که از لحظههای اول کیهان در حال نوسان است. نشانههای آشکار در تابش پسزمینه میتواند به نفع این نظریه باشد که فرمیونهای یادشده حداقل یکی از منابع ماده تاریک باشند. کالدول میگوید این نوشته شوقانگیز است.

ما در حال ارائه رویکردی تازه برای اندیشیدن به ماده تاریک و احتمالا شناسایی آن هستیم. این پژوهش در نشریه منتشر شده است.