Wszechświat może mieć piąty wymiar

Spisu treści:

Wszechświat może mieć piąty wymiar
Wszechświat może mieć piąty wymiar
Anonim

W latach dwudziestych, próbując połączyć siły grawitacji i elektromagnetyzmu, Theodor Kaluza i Oscar Klein zasugerowali istnienie dodatkowego wymiaru poza zwykłymi trzema wymiarami przestrzennymi i czasem – które w fizyce są połączone w czterowymiarową czasoprzestrzeń. Jeśli istnieje, to taki nowy wymiar powinien być niesamowicie maleńki i niezauważalny dla ludzkiego oka. Pod koniec lat 90. idea ta przeżyła niezwykły renesans, gdy naukowcy zdali sobie sprawę, że istnienie piątego wymiaru może dostarczyć odpowiedzi na niektóre z podstawowych pytań fizyki cząstek elementarnych. W szczególności Yuval Grossman z Uniwersytetu Stanforda i Matthias Neubert, profesor Cornell University w tamtych latach, wykazali w swoich badaniach, że wprowadzenie standardowego modelu fizyki cząstek elementarnych w 5-wymiarowej czasoprzestrzeni może wyjaśnić intrygujące wzorce obserwowane w masy cząstek elementarnych.

Czym jest ciemna materia?

Uważa się, że ciemna materia jest tajemniczą formą materii, niedostępną do bezpośredniej obserwacji, ponieważ nie uczestniczy w oddziaływaniu elektromagnetycznym. Ciemna materia stanowi również większość masy we wszechświecie. Na początku lat trzydziestych radioastronom Jan Oort wzmocnił hipotezę o istnieniu ciemnej materii, odkrywając, że aby lokalna grupa galaktyk mogła się poruszać, musi istnieć więcej materii niż obserwujemy. Od tego czasu ciemna materia pomogła naukowcom wyjaśnić, jak działa grawitacja, ponieważ wiele obiektów po prostu rozpuściłoby się lub rozpadło bez pewnego rodzaju „czynnika x” – ciemnej materii. Ponieważ ta tajemnicza substancja nie niszczy cząstek, które widzimy i „czujemy”, musi mieć inne szczególne właściwości.

W fizyce jest jednak wiele problemów, a oprócz ciemnej materii istnieje cały szereg pytań, na które nie ma odpowiedzi w ramach modelu standardowego. „Jednym z najbardziej znaczących przykładów jest tak zwany problem hierarchii, pytanie, dlaczego bozon Higgsa jest o wiele lżejszy niż charakterystyczna skala grawitacji. Model Standardowy nie może uwzględnić niektórych innych obserwowanych zjawisk. Jednym z najbardziej uderzających przykładów jest istnienie ciemnej materii” – piszą autorzy badania opublikowanego w The European Physical Journal C.

Image
Image

Tajemnicza ciemna materia jest niewidoczna dla obserwacji.

Fizycy z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji w Niemczech doszli do wniosku, że ciemna materia może pojawić się w wyniku aktywności fermionów – cząstek o spinie połówkowym. Badania mają na celu wyjaśnienie obecności ciemnej materii za pomocą modelu WED (modele for ciemnej materii). W trakcie prac badano masy fermionów, które według naukowców mogą podróżować do piątego wymiaru przez portale, tworząc ciemną materię i „ciemną materię fermionową” w piątym wymiarze.

Jak autorzy badania powiedzieli VICE, ich pierwotnym celem było „wyjaśnienie możliwego pochodzenia mas fermionowych w teoriach z wypaczonym dodatkowym wymiarem”.

Nowa cząstka, której istnienie nie zostało jeszcze udowodnione, jest rodzajem fermionu lub cząstki subatomowej. Fizycy uważają, że cząstki te mogą podróżować przez piąty wymiar, łącząc ciemną materię z całą obserwowalną materią we wszechświecie. Autorzy badania przekonują, że ta nowa cząstka będzie w stanie oddziaływać z bozonem Higgsa i będzie do niego bardzo podobna. Ale jego masa będzie „cięższa”, tak że nawet za pomocą zderzacza lub akceleratora cząstek nie będzie można go wykryć.

Jak znaleźć cząstkę piątego wymiaru?

Wiadomo, że zwykła materia składa się z fermionów. Więc jeśli piąty wymiar jest prawdziwy, to najprawdopodobniej wpadają w niego fermiony. A jeśli te „ciężkie” cząstki istnieją, to z konieczności łączą widzialną materię ze składnikami ciemnej materii. Badając równania 5D dla mas cząstek fermionowych, fizycy doszli do wniosku, że „jeśli ta ciężka cząstka istnieje, to koniecznie kojarzy znaną nam widzialną materię i którą szczegółowo zbadaliśmy ze składnikami ciemnej materii, jeśli zakładamy, że ciemna materia składa się z podstawowych fermionów, które znajdują się w dodatkowym wymiarze.”

Image
Image

Autorzy opisali cząstkę jako „możliwego nowego posłańca do ciemnego sektora”.

Co ciekawe, za pomocą innowacyjnej teorii można wyjaśnić obfitość ciemnej materii w kosmosie w eksperymentach astrofizycznych. „Po latach poszukiwań możliwych potwierdzeń naszych przewidywań teoretycznych jesteśmy teraz pewni, że odkryty przez nas mechanizm udostępni ciemną materię dla przyszłych eksperymentów, ponieważ właściwości nowej interakcji między zwykłą materią a ciemną materią – w której pośredniczy nasza proponowana cząstka - można dokładnie obliczyć w ramach naszej teorii”- pisze Matthias Neubert, szef grupy badawczej.

Co więcej, autorzy pracy naukowej uważają, że zaproponowana przez nich nowa cząstka może odegrać ważną rolę w kosmologicznej historii Wszechświata, a nawet odpowiadać za powstawanie fal grawitacyjnych.

Zalecana: