Mis on tume aine?

tumeaine pea

Füüsika on teadusmaailmas ainulaadne, kuna matemaatikale tuginemine tähendab, et see võib jõuda küsimustes laiapõhjalisele üksmeelele ja saada väga vähe tõendeid. Maateaduses ei suuda tõeline tõendite mägi globaalse soojenemise küsimust täielikult matta ja isegi kui valdav enamus teadlasi on nüüd veendunud, on häälekas vähemus endiselt eriarvamusel. Kuid füüsika ja tumeaine puhul, mis on määratletud kui vaatluse suhtes praktiliselt immuunne, ei jää seisma ühtegi sisulist tumeaine eitajat. Mis on siis tumeaine ja kuidas on füüsika jõudnud idee osas nii jõuliselt kokkuleppele, et see moodustab universumis suurema osa mateeriast?



Aine, tavaline atmosfääri moodustav liik, Päike, Pluuto ja Donald Trump, suhtlevad universumiga mitmel viisil. See neelab ja paljudel juhtudel kiirgab elektromagnetkiirgust gammakiirte, nähtava valguse, infrapuna ja muu kujul. See võib tekitada mitmesuguseid ja tugevusega magnetvälju. Mateerial on mass, mis loob raskusjõu, mille mõju on hõlpsasti jälgitav. Kõik need asjad muudavad aine uurimise mugavaks, eriti selle vastastikmõju valgusega. Isegi must auk, mis ei eralda valgust, plokid valgust seda imedes - aga mis siis, kui musta augu tagant tulev valgus läbiks lihtsalt meie teleskoobiläätsedest läbi ja edasi? Kuidas oleksime kunagi kas sel juhul on musta augu olemasolu tõestatud?

2009. aastal avaldas Cryogenic Dark Matter Search tõendeid tumeaine otsese vaatluse kohta, kuid tulemused pole lõplikud.

Krüogeense tumeaine otsing.



See on olukord, kus füüsikud seisavad silmitsi tumeainega. Tundub, et tumeaine ei suhtle vähimalgi määral universaalse elektromagnetväljaga - see tähendab, et see ei ima ega eralda mingit valgust. Tundub, et tumeaine suhtleb universumiga ainult siis, kui võime seda jälgida ühe füüsilise jõu kaudu: gravitatsiooni kaudu. Nii et meie nähtamatu musta augu puhul oleksime võinud seda märgata, nähes, kui valgus tuli meile teatud taevasektsioonist on võrreldes meie ootustega, kukkus veidi kursilt maha, möödudes objekti lähedusest, painutades läbitava aegruumi pinda. Liites piisavalt valgust painduvaid vaatlusi, võiksid teadlased arvatavasti välja selgitada nähtamatu singulaarsuse asukoha ja isegi massi.

Pimedat ainet on aga raskem uurida kui isegi seda , sest see ei tule mugavalt ülitihedatesse pallidesse nagu tähed ja mustad augud - see oleks liiga lihtne. Selle asemel ütleb esmane tumeaine teooria, et see koosneb hüpoteetilistest osakestest, mida nimetatakse nõrgalt interakteeruvateks massiivseteks osakesteks (WIMPs) ja mis on umbes sama hästi mõistetavad kui nende üldnimetus viitab. Tundub, et WIMP-id isegi ei suhtle üksteist läbi gravitatsiooni, mis tähendab, et tume aine ei sulandu suuremate või keerukamate molekulide moodustamiseks ning jääb lihtsasse ja väga hajusasse gaasilaadsesse olekusse.



Seega on tumeaine gravitatsiooniline mõju äärmiselt laiali jaotunud ja, selgub, saab seda täheldada ainult siis, kui vaatleme nähtava aine laialdast jaotust universumis - näiteks galaktilisi superkobaraid ja vastavaid ülitühjusid. Teoreetiliselt on tume aine omadused pärast Bingi pauku viinud selle settimiseni palju kiiremini kui tavaline aine, liikudes täiesti ühtlasest gaasipilvest väiksemate pilvede ja veidi ühendatavate väävlite võrku. Need kõõlused võivad sirutuda üle universum ; arvatakse, et tumeaine levik varsti pärast Suurt Pauku on suunanud sinna, kuhu regulaarne aine lõpuks kogunes, ja seega kuhu ja kuidas galaktikad tekkisid.

Superarvuti tehtud ja renderdatud tumeaine leviku simulatsioon.

Superarvuti tehtud ja renderdatud tumeaine leviku simulatsioon.

Niisiis, see pole mitte ainult nähtamatu, vaid tumeaine gravitatsioonipotentsiaali mõjud on nii füüsiliselt nii laialivalguvad, et neid on raske mõõta. Üksiku tähe valgus ei ole meie kätte jõudmisel tumeaine poolt mõõdetavalt painutatud, nagu see oli meie nähtamatu musta augu läbimisel; see valgus võis väga hästi olla alguse saanud, läbi rännanud ja saabunud kõik nähtamatu tumeaine universaalse superniidi käeulatuses. Niisiis: kuidas füüsikud üldse pimeaine ideele tulid?

Vastus on, et gravitatsioon mõjutab kõike, kõikides skaalades, samade põhivalemite järgi. Niisiis hakkasid teadlased märkama, et kui nad vaatasid universumit suuremal ja suuremal määral, andsid need gravitatsioonivalemid järjest valesid ennustusi. Juba 1930-ndatel aastatel avastas Fitz Zwicky, et Coma klastri galaktikad liikusid nii, nagu oleks neile mõjunud palju suurem gravitatsioonijõud, kui seda oleks võimalik seletada tavalise aine lihtsa arvepidamise abil, mida näeme. Aastakümneid hiljem märkis Vera Rubin kuulsalt, et spiraalgalaktikate tähed pöörlevad galaktikakeskuse ümber palju kiiremini kui peaks, mis viis hilisemate uuringuteni, mis näitasid, et spiraalgalaktikad peavad koosnema umbes kuus korda rohkem tumedast massist kui tavalised.

Universaalse kosmilise mikrolaineahju taustkiirguse kaart.

Universaalse kosmilise mikrolaineahju taustkiirguse kaart.



Kuid tõeliselt veenvad tõendid ilmnesid alles selliste tehnikate ilmnemiseni nagu nõrk gravitatsiooniline läätsetus ja võime lugeda kosmilist mikrolaineahju (KMB) kiirgust. Gravitatsiooniline objektiiv võimaldab super, super, Super suuremahuline versioon valguse jälgimisest, mis paindub meie nähtamatu musta augu ümber. See ületab skaalaküsimuse ... suurema skaalaga, jälgides, kuidas miljarditest kobaras olevate tähtede kogutud valgus paindub, liikudes mööda teadaoleva universumi läbimõõdu suuri murdosa. Ja mitmed järjest täpsemad CMB kaardid, mis tehti 1960. – 2000. Aastatel, kinnitasid universumi ajaloo alguses massi liikumises sarnaseid erinevusi.

WIMP-de otsest vaatlemist on üritatud, kuid see pole kunagi kinnitust leidnud. 2009. aastal avaldas Cryogenic Dark Matter Search tõendeid tumeaine otsese vaatluse kohta, kuid tulemused pole lõplikud. Kõik tõendid ütlevad praegu, et peab eksisteerima midagi väga sarnast tänapäevase tumeaine kontseptsiooniga.

Arvutused selle kohta, kui palju täpselt midagi vaja oleks täheldatud lahknevuste tekitamiseks, on andnud… muljetavaldavaid näitajaid. Tänapäevaste hinnangute kohaselt on universumis ainult umbes 5% tavalist ainet ja energiat ning umbes 27% tumeainet ehk üle viiekordse koguse. Arvatakse, et ülejäänud 68% universumist on pime energia - teise päeva teema. Asi on selles, et meie universumit pole ainult tumeaine mõju kohendanud, see on nii olnud määratletud selle mõju tõttu. Linnutee on see, mis ja kus on Linnutee, tumeaine varajase gravitatsioonilise mõju tõttu.

ATLAS on LHC eksperimentidest kindlasti visuaalselt kõige imposantsem.

Uuendatud LHC on meie parim variant tumeaine mõistmiseks.



Muidugi osutuvad asjad veidi keerukamaks kui eespool kirjeldatud. Mõni kuu tagasi üks meeskond teatas sellest tumeainet võib täheldada tohutu mitme galaktikaga kokkupõrke ajal mingil viisil iseendaga suhtlemisel. See võib tähendada palju rikkamat tumedat füüsikat, võib-olla isegi nii palju, et tekiks mingisugune tume keemia! Mõned füüsikud kasutavad fraasi 'tume maailm' või isegi 'tume sektor', et kirjeldada seda ülisuurt tulnuk universumit, mis näib eksisteerivat peaaegu paralleelselt meie omaga.

Kõige tõenäolisem kandidaat tumeda aine kohta täiendava ülevaate saamiseks on suur hadroni põrkekeha, mis hiljuti taasavatud pärast olulisi võimsuse täiendusi. Kui eksperimentaalsed energiad ületavad praegu 13 tera-elektronvolti (TeV), võib uus ja täiustatud LHC lihtsalt osi piisavalt vägivaldselt kokku lõhkuda, et WIMP-de kohta reaalset ülevaadet anda või nende olemasolu isegi ümber lükata. Tumeda aine leidmine oli versiooniuuenduste üks peamisi motivatsioone; see on oluline füüsika uurimisvaldkond, kuna astronoomid esitavad jätkuvalt tõendeid selle kohta, et meie maailm on ainult murdosa loomingust.

Põhjalikuma ülevaate saamiseks vaadake meie sarja 2007es.com Explains.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com