Διαβάζοντας τις κβαντικές ιδιότητες της σκοτεινής ύλης στον ουρανό
Η Σκοτεινή Ύλη είναι το παράδειγμα που επιδιώκει να εξηγήσει την περίσσεια της βαρυτικής δύναμης που απαιτείται για να συγκρατηθούν μαζί οι γαλαξίες καθώς και τα σμήνη γαλαξιών και οι ομάδες γαλαξιών.
Η ένδειξη ότι θα έπρεπε να υπάρχει αυτή η εξωτική μορφή ύλης που αλληλεπιδρά το πολύ ασθενώς, αν όχι καθόλου, με τη βαρυονική ύλη (από την οποία αποτελούνται τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια) μέσω των ηλεκτρομαγνητικών αδύναμων και ισχυρών αλληλεπιδράσεων, αλλά πολύ έντονα μέσω η βαρυτική αλληλεπίδραση, προέρχεται από μια μεγάλη ποικιλία παρατηρήσεων των ταχυτήτων και των φασμάτων των σμηνών γαλαξιών και των ανισοτροπιών στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο. Αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι εάν τα σημερινά θεωρητικά μοντέλα μας που βασίζονται στη Γενική Σχετικότητα είναι σωστά, τότε περισσότερο από το 90% των δυναμικών μαζών των γαλαξιών και των σμήνων γαλαξιών θα πρέπει να αποτελείται από Σκοτεινή Ύλη.
Λόγω αυτής της ασυμφωνίας μεταξύ αυτής της θεωρίας και των αστρονομικών παρατηρήσεων, η κατανόηση της μικροσκοπικής φύσης της Σκοτεινής Ύλης αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόκληση της σύγχρονης Φυσικής. Επί του παρόντος, υπάρχουν αρκετά πειράματα σε όλο τον κόσμο σε LHC, CDMS, Gran Sasso, Fermilab, LIGO, LUX-ZEPLIN, LSST και PandaX, για να αναφέρουμε μερικά παραδείγματα, τα οποία κυνηγούν σωματίδια της Σκοτεινής Ύλης. Αλλά για να είναι αποτελεσματικά, τα πειράματα πρέπει να τροφοδοτηθούν με θεωρητικά μοντέλα αναζήτησης σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης και της αλληλεπίδρασής τους με τη βαρυονική ύλη από την οποία κατασκευάζονται οι ανιχνευτές.
Μια ενδιαφέρουσα κατηγορία μοντέλων, γνωστή ως απλοποιημένα μοντέλα , έχουν τραβήξει πολύ την προσοχή τον τελευταίο καιρό. Τα απλουστευμένα μοντέλα είναι αποτελεσματικά μοντέλα στα οποία τα σωματίδια της Σκοτεινής Ύλης υποτίθεται ότι έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα βαρυονικά σωματίδια, υπακούουν στις ίδιες συμμετρίες και αρχές και αλληλεπιδρούν με τα βαρυονικά σωματίδια μέσω των γνωστών μεσολαβητών, αν και με πολύ ασθενέστερη ισχύ αλληλεπίδρασης. Έτσι, τα απλουστευμένα μοντέλα δίνουν μια πολύ ακριβή περιγραφή της μικροσκοπικής δομής της Σκοτεινής Ύλης καθώς και της αλληλεπίδρασής της με τη βαρυονική ύλη, όλα αυτά όσον αφορά τα παρατηρήσιμα στοιχεία του επιταχυντή σωματιδίων.
Ωστόσο, δεδομένου ότι δεν έχουν ανιχνευθεί θετικά σήματα σε πειράματα επιταχυντών μέχρι στιγμής, αλλά υπήρξαν πολλά στοιχεία υπέρ της Σκοτεινής Ύλης από τις αστρονομικές παρατηρήσεις, γιατί να μην προσπαθήσετε να αναζητήσετε χαρακτηριστικά των σωματιδίων της Σκοτεινής Ύλης όπως προτείνεται από το απλουστευμένα μοντέλα σε αστρονομικά και κοσμολογικά δεδομένα; Για να λειτουργήσουν, τα απλουστευμένα μοντέλα θα πρέπει να μεταφερθούν στο επόμενο επίπεδο όπου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι πληροφορίες για το βαρυτικό περιβάλλον και τη συμπεριφορά της Σκοτεινής Ύλης σε αυτό. Για παράδειγμα, γνωρίζοντας ότι η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ της Σκοτεινής Ύλης και της βαρυονικής ύλης είναι κυρίαρχη, ο φυσικός μεσολαβητής της αλληλεπίδρασης είναι το βαρυτόνιο. Επίσης, δεδομένου ότι πολλές αστρονομικές παρατηρήσεις βασίζονται στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων, η οποία είναι ένα στιγμιότυπο του πρώιμου Σύμπαντος, οι πληροφορίες για τη δομή του χωροχρόνου σε εκείνη την εποχή περιλαμβάνονται λαμβάνοντας υπόψη τον χώρο de Sitter, ο οποίος περιγράφει μια φάση επιταχυνόμενη επέκταση στην αρχέγονη κοσμολογία.
Το νέο απλοποιημένο μοντέλο της σκοτεινής ύλης με μεσολαβητές βαρυτονίου στον χώρο de Sitter είναι μια πιο σκληρή θεωρία από τη συνηθισμένη Κβαντική Θεωρία Πεδίου στον χωροχρόνο της φυσικής των επιταχυντών λόγω των δυσκολιών που είναι εγγενείς στην Κβαντική Μηχανική στον χώρο de Sitter, όπως η ορισμός της κατάστασης κενού και των κβαντικών σωματιδίων. Ένας τρόπος για να επιτεθεί το πρόβλημα είναι να χαρτογραφηθεί ο χωροχρόνος σε μια τέσσερις σφαίρα όπου η Κβαντική Μηχανική συμπεριφέρεται καλά και να λυθούν εκεί πρώτα οι λεπτομέρειες του μοντέλου και μετά να ερμηνευτούν τα αποτελέσματα με όρους φυσικών μεγεθών στον χώρο de Sitter. Άλλες πιο άμεσες προσεγγίσεις για να καταλάβουμε τις ιδιότητες της βαρυτικής Σκοτεινής Ύλης στον χώρο de Sitter είναι επίσης δυνατές.
Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό θεωρητικών εννοιών και τεχνικών από την Κβαντική Θεωρία Πεδίου, τη Γενική Σχετικότητα, τη Φυσική των Σωματιδίων, την Κοσμολογία και την Παρατηρητική Αστρονομία, τα απλουστευμένα μοντέλα παρέχουν ένα μέσο για τον έλεγχο διαφόρων υποθέσεων σχετικά με την κβαντική δομή της Σκοτεινής Ύλης έναντι των παρατηρητικών δεδομένων. /P>
