宇宙の質量の大部分を占めるとらえどころのない物質である暗黒物質は、ビッグバン後の最初の瞬間に最初に出現した重力子と呼ばれる巨大な粒子で構成されている可能性があります。 そして、これらの架空の粒子は、余分な次元からの宇宙難民である可能性がある、と新しい理論が示唆しています。
研究者の計算は、これらの粒子が説明するのにちょうどいい量で作成された可能性があることを示唆しています 暗黒物質、これは通常の物質を引力で引っ張ることによってのみ「見る」ことができます。 「大規模な重力子は、初期の宇宙で通常の粒子の衝突によって生成されます。このプロセスは、大規模な重力子が暗黒物質の候補になるにはあまりにもまれであると考えられていました」と、研究の共著者であるフランスのリヨン大学の物理学者GiacomoCacciapagliaは述べています。 、LiveScienceに語った。
しかし、2月にジャーナルに発表された新しい研究では 物理的レビューレター （新しいタブで開きます）、Cacciapagliaは、高麗大学校の物理学者HaiyingCaiとSeungJ. Leeとともに、私たちが現在宇宙で検出しているすべての暗黒物質を説明するのに十分なこれらの重力子が初期の宇宙で作られたであろうことを発見しました。
重力子が存在する場合、その質量は1メガエレクトロンボルト（MeV）未満であるため、電子の質量の2倍以下であることが研究でわかっています。 この質量レベルは、 ヒッグス粒子 通常の物質の質量を生成します。これは、モデルが宇宙のすべての暗黒物質を説明するのに十分な量を生成するための鍵です。 （比較のために、最も軽い既知の粒子、 ニュートリノ、によると、陽子の重さは約940 MeVであるのに対し、重さは2電子ボルト未満です。 米国国立標準技術研究所 （新しいタブで開きます）。）
チームは、観測された3次元の空間と4次元の横に存在すると思われる余分な次元の証拠を探しているときに、これらの仮想重力子を見つけました。 時間。
チームの理論では、 重力 余分な次元を介して伝播し、それは私たちの宇宙で巨大な重力子として具体化されます。
しかし、これらの粒子は通常の物質とは弱くしか相互作用せず、重力を介してのみ相互作用します。 この説明は、私たちが暗黒物質について知っていることと不気味に似ています。暗黒物質は、光と相互作用しませんが、宇宙のいたるところに重力の影響を感じます。 たとえば、この重力の影響は、銀河が飛び散るのを防ぐものです。
「暗黒物質粒子としての巨大重力子の主な利点は、それらが重力的にのみ相互作用することであり、したがって、それらはそれらの存在を検出する試みから逃れることができる」とCacciapagliaは言った。
対照的に、他の提案された暗黒物質候補（弱く相互作用する巨大粒子、アクシオン、ニュートリノなど）も、他の力や場との非常に微妙な相互作用によって感じられる可能性があります。
巨大な重力子が重力を介して宇宙の他の粒子や力とほとんど相互作用しないという事実は、別の利点を提供します。
「相互作用が非常に弱いため、崩壊が非常に遅いため、宇宙の寿命全体にわたって安定したままです。同じ理由で、宇宙の膨張中にゆっくりと生成され、今日までそこに蓄積されます」とCacciapaglia氏は述べています。
過去には、重力子を生成するプロセスは非常にまれであるため、物理学者は重力子が暗黒物質の候補になる可能性は低いと考えていました。 その結果、重力子は他の粒子よりもはるかに低い速度で作成されます。
しかし、チームは、ピコ秒（1兆分の1秒）後の ビッグ・バン、これらの重力子の多くは、過去の理論が示唆したよりも多く作成されたでしょう。 この強化は、巨大な重力子が宇宙で検出した暗黒物質の量を完全に説明するのに十分であった、と研究は発見しました。
「強化はショックとしてもたらされた」とCacciapagliaは言った。 「結果が正しいことを確認するために多くのチェックを実行する必要がありました。それは、巨大な重力子を潜在的な暗黒物質候補と見なす方法にパラダイムシフトをもたらすからです。」
巨大な重力子はヒッグス粒子のエネルギースケールの下に形成されるため、現在の素粒子物理学ではあまりよく説明されていない、より高いエネルギースケールに関連する不確実性から解放されます。
チームの理論は、次のような粒子加速器で研究された物理学を結び付けます。 大型ハドロン衝突型加速器 重力の物理学で。 これは、2035年に運用を開始するはずのCERNのFuture Circular Colliderのような強力な粒子加速器が、これらの潜在的な暗黒物質粒子の証拠を探すことができることを意味します。
「おそらく私たちが持っている最高のショットは、将来の高精度粒子衝突型加速器です」とCacciapagliaは言いました。 「これは私たちが現在調査しているものです。」
もともとはLiveScienceで公開されました。
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