Čestice kandidati za tamnu materiju Danilo Delibašić iv8



Yüklə 474 b.
tarix05.02.2018
ölçüsü474 b.


Čestice kandidati za tamnu materiju

  • Danilo Delibašić IV8


Uvod

  • Skorašnja opažanja ukazuju na to da je naše trenutno poznavanje svemira veoma ograničeno

  • Ispostavilo se da forma materije za koju smo do sada smatrali da čini celokupnu materiju svemira (barioni, nama su najpoznatiji protoni i neutroni), zapravo predstavlja samo njen relativno mali deo

  • Čini se da živimo u svemiru sastavljenom primarno od novog, nedefinisanog oblika materije – tamna materija

  • Naziv potiče od jedne od njenih osobina: ova vrsta materije ne interaguje putem elektromagnetne interakcije, te je “nevidljiva” za naše detektore elektromagnetnog zračenja, odnosno “tamna”



Standardni model čestica

  • Objašnjava tri od četiri poznate interakcije, kao i čestice koje učestvuju u tim interakcijama

  • Dve grupe čestica: gradivne i prenosioci interakcija

  • Gradivne – leptoni (fundamentalne čestice) i hadroni (sastavljeni od kvarkova)

  • Postoji 6 kvarkova: up, down, charm, strange, top, bottom

  • Kvarkovi poseduju elektromagnetni i naboj boje

  • 6 leptona: elektron, mion, tauon i njihovi odgovarajući neutrini: elektronski, mionski i tauonski

  • Elektron, mion i tauon poseduju elektromagnetni naboj

  • Neutrini ne poseduju naelektrisanje

  • O masi neutrina se ne može sa sigurnošću govoriti

  • Leptoni ne poseduju naboj boje



Osnovne “fizičke” interakcije se mogu objasniti kao posledica razmene odgovarajućih čestica

  • Osnovne “fizičke” interakcije se mogu objasniti kao posledica razmene odgovarajućih čestica

  • Čestice moraju posedovati odgovarajući naboj da bi učestvovale u datoj interakciji

  • Osnovne interakcije (od najslabije ka najjačoj): gravitaciona, slaba, elektromagnetna i jaka



Supersimetrija

  • Teorija koja tvrdi da svakom bozonu odgovara fermion (i obratno) – superpartneri

  • Supersimetrija je narušena simetrija, po pitanju mase



Standardni kosmološki model

  • Trenutno najprihvaćeniji model svemira

  • Osnovne karakteristike svemira:

      • Izotropnost i homogenost
      • Svemir je ravan
      • Postojanje početka – “Veliki prasak”
  • Model je predvideo postojanje kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja

  • Standardni model nije bio u mogućnosti da objasni sve uočene pojave

  • Njegova najsavremenija verzija je ΛCDM (Lambda – Cold Dark Matter) model, koji uključuje postojanje tamne materije i tamne energije



Tamna materija

  • Indikacije o postojanju tamne materije:

      • Svemir je ravan
      • Galaktičke rotacione krive
      • Gravitaciona sočiva
      • Kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje
      • Formiranje struktura


Čestice kandidati za tamnu materiju

  • Tri tipa čestica tamne materije: vrele, tople i hladne

      • Vrela tamna materija
  • Lake čestice koje se kreću ultrarelativistički

  • Najbolji kandidat neutrino, interaguje putem gravitacione i slabe interakcije

  • Detektovanje se najčešće vrši u podzemnim laboratorijama

  • Sterilni neutrino, samo putem gravitacione

  • Visoka nepouzdanost u masi sterilnog neutrina

  • Teorija vrele tamne materije isključena kao vodeća ili vrlo relevantna

  • Pominje se samo u kontekstu kombinovane teorije



Topla tamna materija

      • Topla tamna materija
  • Po osobinama izmedju vrele i hladne tamne materije

  • Relativističke čestice

  • Glavni kandidat (pored pomenutog sterilnog neutrina) je gravitino

  • Topli sterilni neutrino je veoma ozbiljan kandidat

  • Predložena metoda otkrivanja sterilnih neutrina putem detektovanja X-zračenja

  • Gravitino je supersimetrični partner gravitona

  • Spin mu je 3/2

  • Masa reda veličine 1015 TeV

  • Raspadom gravitina se dobija kontinualan spektar γ-zračenja i antimaterije (pre svega pozitrona)

  • Jedan od manje verovatnih kandidata



MACHOs

      • Hladna tamna materija
  • Masivne čestice koje se kreću relativno sporo

  • Najprihvaćenija od nabrojane tri teorije

  • Tri kategorije kandidata: MACHOs, aksioni (i aksini) i WIMPs

  • Barionska materija

  • Massive Compact Halo Objects

  • Njihovo gravitaciono polje onemogućava (potpuno, ili u velikoj meri) emitovanje elektromagnetnog zračenja

  • Gravitaciono izolovana tela

  • MACHOs: Crne rupe, neutronske zvezde, braon patuljci, usamljene zvezde, beli, kao i veoma bledi crveni patuljci

  • Model tamne materije sastavljene većinski od MACHOs se ne uklapa sa realnim stanjem svemira

  • I dalje potrebna velika količina nebarionske materije za objašnjenje tamne materije



Aksion i aksino

  • Aksion je veoma dobar kandidat za tamnu materiju

  • Interaguje samo putem gravitacione interakcije

  • Spin jednak nuli

  • Masa vrlo mala, izmedju 10-6 i 10-2 eV

  • Kreću se veoma sporo

  • Aksioni se pod uticajem jakog magnetnog polja raspadaju na dva fotona (povratan proces)

  • Neki naučnici su vrlo skeptični po pitanju postojanja aksiona

  • Aksino – supersimetrični partner aksiona

  • Nedovoljno istražen kandidat, mada se takodje smatra veoma dobrom mogućnošću

  • Ne poseduje elektromagnetni, niti naboj boje, vrlo slabo interaguje putem slabe interakcije

  • Najviše obećava aksino mase mirovanja reda veličine 100 keV



WIMPs

  • Weakly Interacting Massive Particles

  • Veoma široka kategorija kandidata

  • Interaguju samo putem slabe i gravitacione sile

  • Veoma slične osobine neutrinima

  • Masa reda veličine od GeV do 100 GeV

  • Jedni od najverovatnijih kandidata

  • Većina eksperimenata se bazira na elastičnim sudarima WIMP-ova sa atomskim jezgrima

  • Instrumenti moraju posedovati sposobnost da utvrde karakter dogadjaja (sudara)

  • Druga vrsta eksperimenata se bazira na detekciji solarnih neutrina

  • Treći način se vrši u sudaračima



Alternativna objašnjenja

  • Tamna materija i tamna energija predstavljaju, medju kosmolozima, najprihvaćeniju teoriju koja objašnjava sastav i ubrzano širenje svemira

  • Odredjeni broj fizičara (mada su oni u manjini) predlaže alternativne teorije u vidu:

      • Modifikacija gravitacije i/ili zakona dinamike
      • Kvantno-mehaničkih objašnjenja
      • Teorije tamnog fluida
  • Postoje još neke alternativne teorije, ali su ove tri najzastupljenije



Zaključak

  • WIMP-ovi, aksioni i pojedini neutrini su trenutno najbolji kandidati

  • Barionska, vrela tamna materija i gravitino su odbačeni kao većinski konstituenti

  • Neke alternativne teorije daju dobra poklapanja sa opažanjima

  • Postojanje tamne materije je ipak verovatnija mogućnost

  • Na odgovor na navedene anomalije možda nećemo morati dugo da čekamo





Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə