Rivoluzionaria teoria sulla materia oscura

L’universo abbonda di materia oscura. Nessuno sa in che cosa consiste.I fisici  dell’università di Oslo hanno  lanciato una spiegazione matematica molto difficile  che potrebbe risolvere il mistero una volta per tutte.

L’immagine mostra tutti i raggi gamma registrati dalla sonda spaziale Fermi-LAT come una mappa di tutto l’universo. La banda rossa attraverso il centro dell’immagine è la radiazione dalla nostra galassia. Il centro della galassia è quasi al centro dell’immagine. “E ‘qui che un piccolo avanzo di raggi gamma si è visto che non si può immediatamente spiegare dalla radiazione che ci si aspetta dalla materia ordinaria. Le osservazioni possono montare i nostri modelli di materia oscura. Tale eccedenza di raggi gamma non è visibile ad occhio, ma può essere trovata da una analisi in termini di tempo dei dati, “dice Are Raklev, che ci ricorda che l’analisi è ancora un po ‘incerta.

Gli astrofisici hanno visto negli ultimi 80 anni che la maggior parte dell’universo è costituito da uno sconosciuto, la materia oscura . La soluzione del mistero potrebbe ora essere proprio dietro l’angolo.

“Siamo alla ricerca di un nuovo membro del nostro zoo di particelle per spiegare la materia oscura. Sappiamo che si tratta di una bestia molto esotica. E abbiamo trovato una spiegazione plausibile,” i rapporti sono di Raklev, professore associato di fisica delle particelle all’Università di Oslo Dipartimento di Fisica. Egli  ha lanciato un modello che spiega come la materia oscura può essere costituita e come si possono scoprire le particelle invisibili sperimentalmente.

Anche se la materia oscura è invisibile, gli astrofisici sanno che esiste. Senza questa materia oscura è impossibile spiegare come le cose visibili nell’universo stanno insieme.

Una lotta lunga 80 anni

La fama mondiale del fisico svizzero Fritz Zwicky è stata speculando su ciò che la materia oscura potrebbe essere già a partire dal 1930.

Gli astrofisici hanno calcolato che l’80 per cento di tutta la massa dell’universo è oscura, la materia invisibile. La materia oscura ci dà la possibilità di spiegare perché le stelle si muovono come fanno.

“Anche se siamo in grado di calcolare la quantità di materia oscura presente nell’universo, sappiamo ancora poco su ciò che è la materia oscura. Le particelle di materia oscura devono avere un sacco di massa, o c’è ne devono essere molti di loro. I neutrini incontrano tutti i requisiti della materia oscura. Ma c’è una grande difficoltà. Hanno troppo poca massa.

” Sono Raklev sta ora cercando di dimostrare che la materia oscura è costituita da gravitinos. Questa è una particella che è stato trattata ingiustamente per anni.

E quali sono i gravitinos? Tieniti forte: gravitinos sono  il partner supersimmetrico dei gravitoni.

O, per essere ancora più precisi:

“Il gravitino è l’ipotetico, partner supersimmetrico del gravitone particella ipotetica, quindi è anche impossibile prevedere una particella ipotetica più di questa,” ride Raklev, che scrive sulle sue pagine web che è alla ricerca di materia oscura sia sotto il divano e in altri luoghi.

Al fine di scavare più in profondità perché Raklev ritiene che la materia oscura è composta da gravitinos, e dare qualche possibilità a tutti di comprendere la teoria che sta dietro gravitinos, Apollon deve prendere un paio di passi indietro:

Fase 1:Supersimmetria

I fisici vuole scoprire se la natura è supersimmetrica. Supersimmetria significa che vi è una simmetria tra materia e forze. Per ogni tipo di elettroni e quark corrisponde un pesante, partner supersimmetrico. Le particelle supersimmetriche sono state create nel l’istante dopo il Big Bang. Se alcune di loro sono sopravvissute fino ad oggi, si può essere certi di ciò che è fatta la materia oscura .

Il partner supersimmetrico del gravitino è, come ha detto Apollon, il gravitone.

“Un gravitone è la particella crediamo con una forza di gravità media, proprio come un fotone, la particella di luce,di forza media elettromagnetica. Mentre gravitoni non pesano niente, i gravitinos possono pesare molto. Se la natura è supersimmetrica e gravitoni esistono, allora gravitinos esistono anche. E viceversa. Questa è matematica pura. ”

Ma c’è un piccolo ma. I fisici non possono dimostrare la relazione tra gravitoni e gravitinos  se prima non sono riusciti a unificare tutte le forze della natura.

Fase 2: Le forze della natura

Uno dei più grandi lavori dei fisici da fare è quello di unificare tutte le forze della natura in un’unica teoria. A metà del secolo scorso i fisici scoprirono che l’elettricità e il magnetismo facevano parte della stessa forza della natura. Questa forza è stato poi chiamata elettromagnetismo. Due delle altre forze della natura sono la forza nucleare forte e la forza nucleare debole. La forza nucleare debole può essere vista, la radioattività. La forza nucleare forte è di dieci miliardi di volte più forte e lega insieme neutroni e protoni.

Nel 1970, l’elettromagnetismo è stato unificato con le forze nucleari forti e deboli in quello che i fisici chiamano il modello standard.

La quarta forza della natura è la gravità. Anche se è incredibilmente doloroso per cadere dalle scale, la gravità è la più debole delle quattro forze della natura.

Il problema è che i fisici non sono ancora stati in grado di unificare la gravità con le tre altre forze della natura. I fisici un giorno quando acquisiranno a una comprensione unificata di tutte e quattro le forze della natura, guadagneranno una comprensione unica del mondo. In questo modo sarà possibile descrivere tutte le interazioni tra tutte le particelle immaginabili possibili in natura. I fisici chiamano questa la teoria ToE (Teoria del Tutto).

Are Raklev, teorico principale dell’università in fisica delle astroparticelle, ha lanciato un modello matematico che spiega ciò che la materia oscura può essere costituita. Credit: Yngve Vogt

“Al fine di unificare la forza gravitazionale con le altre tre forze della natura  dobbiamo capire la gravità come la teoria quantistica. Ciò significa che abbiamo bisogno di una teoria in cui è incluso il gravitone particella nel nucleo atomico.”

I ricercatori sono ora alla ricerca di segni di entrambi supersimmetria e la teoria ToE. La  scoperta del gravitone sarebbe un enorme passo in questa direzione.

Rivela materia oscura

Come il lettore può aver compreso, è molto difficile  ricercare la materia oscura. Questo perché la materia oscura non ha rapporti a particelle elettromagnetiche terrestri. Un esempio di materia oscura è il già citato neutrino. Purtroppo, i neutrini costituiscono solo una parte impercettibilmente piccola della materia oscura.

Anche se non è stato possibile osservare la materia oscura, diversi miliardi di neutrini sono in corsa attraverso il vostro corpo ogni secondo. Tuttavia, la loro velocità è piuttosto limitata. Le particelle si muovono altrettanto lentamente la velocità del sistema solare si muove intorno alla galassia. In altre parole, a soli 400 chilometri al secondo.

“Quando non ci sono i rapporti con le particelle elettromagnetiche visibili, le particelle possono passare proprio attraverso di noi senza strumenti di misura della loro rilevazione. Qui è dove entra in gioco la supersimmetria ,Se la supersimmetria è giusta, i fisici possono spiegare perché non vi è materia oscura nell’universo. Che è ciò che è divertente del mio lavoro, “ride Raklev.

Ora sta affermando che la materia oscura è costituita principalmente da gravitinos.

“Supersimmetria semplifica tutto. Se la teoria ToE esiste, in altre parole se è possibile unificare le quattro forze della natura, gravitinos deve esistere.”

I gravitinos si sono formati subito dopo il Big Bang.

“Poco tempo dopo il Big Bang abbiamo avuto una zuppa di particelle che si scontrarono. Gluoni, che sono le particelle cuscinetto alla forza nucleare forte, entrò in collisione con altri gluoni e gravitinos emessi. Molti Gravitinos si sono formati dopo il Big Bang, mentre l’ universo era ancora plasma. Quindi abbiamo una spiegazione del perché gravitinos esiste. ”

I fisici hanno fino ad ora visto i gravitinos come un problema. Hanno creduto che la teoria della supersimmetria non funziona perché ci sono troppi gravitinos.

“I fisici hanno quindi cercato di eliminare i gravitinos dai loro modelli. Noi, d’altra parte, abbiamo trovato una nuova spiegazione che unifica il modello di supersimmetria con la materia oscura che si compone di gravitinos. Se la materia oscura non è stabile, ma solo se è vissuta molto più a lungo, è possibile spiegare come la materia oscura consiste  di gravitinos. ”

Nei vecchi modelli la materia oscura è sempre eterna. Questo significava che i gravitinos erano una parte fastidiosa del modello supersimmetria. Nel nuovo modello Raklev, la loro vita non è più infinita. Tuttavia, la vita media dei gravitinos è molto lunga e in realtà più lunga della durata dell’universo.

Tuttavia, vi è una grande differenza tra una vita senza fine e una durata di più di 15 miliardi di anni. Con una durata di vita limitata, i gravitinos devono essere convertiti in altre particelle. È proprio questo effetto conversione che può essere misurato. E la conversione spiega il modello.

“Noi crediamo che quasi tutta la materia oscura è gravitinos. La spiegazione sta nella matematica. Stiamo sviluppando modelli speciali che consentono di calcolare le conseguenze di queste teorie e prevedere in che modo le particelle possono essere osservate negli esperimenti.”

Le misure sono in corso

I ricercatori stanno ora cercando di verificare sperimentalmente e questo spiega perché queste nuove particelle non sono ancora state osservate in esperimenti del CERN a Ginevra in Svizzera.

“D’altra parte, dovrebbe essere teoricamente possibile osservarle da una sonda spaziale.”

Il modo più semplice osservazione dei gravitinos potrebbe essere studiare cosa succede se due particelle si scontrano fuori nell’universo e sono convertite in altre particelle come fotoni o antimateria.

Anche se le collisioni avvengono molto raramente, c’è ancora tanta materia oscura nell’universo che un numero significativo di fotoni dovrebbe essere in grado di essere prodotta.

Il grosso problema è che gravitinos non si scontrano.

“Almeno capita così raramente che non potremmo mai sperare di osservarli.”

Tuttavia c’è speranza.Fortunatamente per noi, i gravitinos non sono al cento per cento stabili. Essi vengono convertiti in qualcosa d’altro ad un certo punto. Siamo in grado di prevedere ciò che il sembra il  segnale dopo che gravitinos sono stati convertiti. La conversione invierà una piccola onda elettromagnetica. Questa è chiamato anche un raggio gamma. ”

La sonda spaziale NASA Fermi-LAT attualmente misura i raggi gamma. Un certo numero di gruppi di ricerca stanno ora analizzando i dati.

“Finora abbiamo visto solo il rumore. Ma uno dei gruppi di ricerca affermano di aver osservato un piccolo avanzo sospetto di raggi gamma dal centro della nostra galassia. Le loro osservazioni possono andare bene per i nostri modelli”, dice l’uomo dietro la matematica molto difficile  del modello di materia oscura, professore associato in teorica fisica delle particelle , sono Raklev.

Di Yngve Vogt

Fonte:http://phys.org/news/2013-01-revolutionary-theory-dark.html

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