Domanda:
Perché i fisici presumono che la materia oscura stia interagendo debolmente?
Foo Bar
2018-07-31 05:49:27 UTC
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IceCube, XENON e così via continuano a dare risultati negativi.Se la materia oscura esiste, non interagisce con la materia barionica negli intervalli di energia che possono rilevare.La risposta è costruire rilevatori ancora più grandi per cercare firme di energia ancora più deboli.

Perché?Esistono prove che si suppone che la materia oscura abbia interazioni deboli (invece della sola gravità)?O sta solo cercando le tue chiavi sotto il lampione (cioè è l'unica possibilità che abbiamo un modo per rilevare)?

Vale la pena notare che la 2-3 generazione di rilevatori WIMP prima di quella attuale non ci si aspettava mai di fornire effettivamente risposte a meno che non fossero davvero molto fortunati.È solo di recente che sono arrivati a una scala in cui hanno la possibilità di escludere l'idea.Allora perché sono state costruite le generazioni precedenti?Come banchi di prova e dimostratori tecnologici.
Vale la pena riconoscere che il rilevamento diretto della materia oscura è solo uno dei tanti approcci sperimentali al problema della materia oscura.Ci sono anche ricerche LHC per i candidati, ricerche di neutrini sterili, ricerche di raggi cosmici e ricerche di astronomia in aree quali: lensing, simulazioni N-body, osservazioni della struttura e della dinamica della scala della galassia, misurazioni di 21 cm, studi di ammassi in collisione, onde gravitazionali,ecc. Lo studio dei fenomeni della materia oscura è una delle poche aree della fisica fondamentale informata da enormi volumi di nuovi dati ogni settimana da molti diversi tipi di fonti indipendenti.
LambdaCDM, il "Modello standard di cosmologia" (che ha avuto un grande successo a livello di CMB) presume che la materia oscura sia "quasi priva di collisioni", un presupposto che pone le proprie difficoltà quando si cerca di riconciliare i dati su scala galattica con quellimodello.
La battuta sul lampione funziona perché il ragazzo ha perso le chiavi altrove e lo sa.Se * non * sai dove hai perso le chiavi, iniziare con i lampioni è una buona idea, poiché pur avendo le stesse possibilità di avere le chiavi, ha molte più possibilità di * trovare * le chiavi.Non sappiamo dove siano le chiavi, ma abbiamo alcune idee: iniziare da quelle più facili da controllare è abbastanza ragionevole :) Ed escludere interazioni deboli sarebbe piuttosto utile in entrambi i casi: particelle che non interagiscono con la nostra materiain un modo diverso dalla gravità sarebbe * così bello *: P
Due risposte:
dmckee --- ex-moderator kitten
2018-07-31 05:56:06 UTC
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La risposta breve è che non lo presumono.

Ma tra tutte le proposte che rimangono per ciò che potrebbe essere la materia oscura, le cose che interagiscono debolmente sono le più facili da rilevare, 1 quindi è quello che sta facendo i soldi giusti adesso. 2

E questo non è insolito. La storia della massa mancante / materia oscura è una delle proposte che vengono fatte e poi escluse una per una, in ordine di facilità di accessibilità. I WIMP sono solo l'ultimo candidato a ottenere la fatturazione migliore. I MACHO erano caldi quando ero al college, ma sono stati in gran parte eliminati negli anni Novanta e negli anni Novanta. Prima di allora, sono stati trascorsi decenni con telescopi sempre migliori in bande sempre più ampie, escludendo solo molti dei modi in cui la materia ordinaria poteva nascondersi in bella vista (gas e polvere, principalmente).

E ci sono altri possibili candidati nel catalogo teorico. Penso che i neutrini sterili e / o gli assioni saranno i prossimi se i WIMP saranno esclusi in modo convincente.

1 C'è un avvertimento qui sotto forma di neutrini sterili che non vengono "rilevati" esattamente ma possono essere dedotti trovando che la matrice di miscelazione a tre sapori non è unitaria. Questo è ancora un argomento caldo perché MiniBooNe ha recentemente annunciato un'analisi migliorata di un set di dati più ampio in cui rimane l'eccesso di bassa energia e gli sforzi di $ \ theta_ {13} $ sono stati ampiamente ripagati, quindi siamo vicini a essere in grado di quantificare l'unità (o la sua mancanza) della matrice con una certa precisione.

2 I WIMP in un particolare intervallo di massa offrono anche la possibilità di spiegare caratteristiche aggiuntive dell'universo che li rendono attraenti per una seconda ragione.

In altre parole è "solo cercare le chiavi sotto il lampione".Un altro punto è che c'è un enorme ritardo tra la decisione di concettualizzare, finanziare, costruire e raccogliere i dati da un esperimento e il momento in cui inizia a pubblicare i risultati.Gli esperimenti esistenti sono stati messi in moto sulla base della scienza una decina di anni fa, quando la supersimmetria su scala elettrodebole, i cui candidati alla materia oscura interagiscono prevalentemente debolmente, sembrava molto più promettente di quanto non avessero i risultati post-LHC e prima di alcuni dati astronomici chiave.C'era anche un'aspettativa teorica che non ha avuto successo.
^ Quello.D'altro canto, il lavoro su questi sistemi si è ben integrato con il lavoro sul doppio decadimento beta senza neutrini e insieme hanno guidato almeno tre distinte tecnologie di rivelatori attraverso enormi balzi in termini di capacità.Le cose che stanno facendo oggi con i rilevatori a sfondo zero sono sbalorditive.
Esiste almeno un rilevatore di assioni [ADMX] (https://en.wikipedia.org/wiki/Axion_Dark_Matter_Experiment) in funzione.È abbastanza sensibile da aver già iniziato a selezionarne i modelli teorici non riuscendo a rilevarli.Le persone che lo gestiscono si aspettano che l'attuale aggiornamento sia sufficientemente sensibile da essere la versione "definitiva" dell'esperimento.Supponendo che le fonti per l'articolo WP siano corrette, sembra che gli assioni possano essere trovati / esclusi nello stesso periodo dei WIMP.(Avvertimento, la mia conoscenza dell'argomento si ferma ad alcuni articoli di livello di interesse generale.)
@Dan Ah.È una novità dall'ultima volta che sono stato in stretto contatto con quel tipo di fisica.Quando ho lasciato il mondo delle particelle erano ancora al livello di "dimostrazione del rifiuto di fondo".
C'è un altro punto importante qui.Ai tempi in cui le persone parlavano del miracolo di WIMP, pensavano che avrebbero interagito debolmente (nota la W maiuscola, anche se più probabile Z).Lo abbiamo escluso da tempo.MA, se c'è una particella là fuori con massa, DEVE accoppiarsi a Higgs.Quindi puoi SEMPRE scrivere un diagramma con un propagatore di Higgs, che è ancora molto più fortemente accoppiato della pura gravitazione.
@ohwilleke La ricerca delle chiavi sotto il lampione implica che stai cercando il posto facile piuttosto che dove pensi che possano essere.Non hanno idea di dove potrebbero essere, stanno cercando sotto il lampione per trovarli o per mostrare che non sono in quella zona.
@LorenPechtel Stanno cercando in un luogo "relativamente" facile, e in lambdaCDM una particella con solo interazioni gravitazionali è una misura preferita, e i dati del bosone W e Z e del bosone di Higgs hanno fortemente sfavorito qualsiasi particella DM inferiore a 62,5 GeV che interagisce tramite la forza debole, quindi è piuttosto improbabile.Devi passare a cariche di debolezza senza precedenti, ecc. Per adattare lo spazio dei parametri.
tparker
2018-07-31 09:32:40 UTC
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Non è solo l'effetto "guarda sotto il lampione".C'è anche il "miracolo di WIMP".Una nuova particella pesante (cioè circa la massa del quark superiore, la particella elementare SM più pesante) che interagisce debolmente avrebbe una sezione trasversale di annichilazione di circa $ 10 ^ {- 26} \ text {cm} ^ 3 / \ text {s} $.Principi termodinamici molto generali prevedono che la produzione termica di materia oscura nell'universo primordiale potrebbe portare alla densità osservata della materia oscura solo se la materia oscura ha una sezione trasversale simile.Questa somiglianza suggerisce che la materia oscura potrebbe essere costituita da WIMPS pesanti.



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