وصفة من المادة المظلمة يمكن أن تشمل السوائل فوق الحرجة

من خلال سنوات من البحث ، أصبح من الواضح أن المادة المظلمة يتصرف المقيتة. وقدم هذا المصطلح حوالي 80 عاما من قبل الفلكي "فريد زويكي" الذي أدرك أنه من أجل منع الأفراد المجرات إلى الهروب في العملاق المجرة مجموعات, بعض من قوة الجاذبية. في وقت لاحق فيرا روبين و "كينت" فورد تستخدم الخفية المظلمة لشرح لماذا المجرات لا تطير.

ومع ذلك ، على الرغم من أن نستخدم مصطلح "المادة المظلمة" في وصف هاتين الحالتين ، فمن غير الواضح ما إذا كان يشارك في كل منها نفس الجاني. أبسط نموذج شعبية تقول أن المادة المظلمة تتكون من ضعيف تتفاعل الجسيمات التي تتحرك ببطء تحت قوة الجاذبية. هذا ما يسمى "الباردة" المادة المظلمة يصف نطاق واسع هياكل مثل مجموعات المجرات. ولكنها سيئة مع توقع دوران المنحنيات الفردية المجرات. المادة المظلمة هي مثل الأفعال المختلفة على نفس النطاق.

في محاولة لحل هذا اللغز ، وهما الفيزيائي مؤخرا أشار إلى أن المادة المظلمة يمكن أن تغير المرحلة عند تغيير الحجم. جاستن هوري ، وهو فيزيائي في جامعة بنسلفانيا السابق طالب دكتوراه Lasha, Berezhiani يعمل في جامعة برنستون ، يقول في البرد الكثيفة البيئة من المجرة هالة المادة المظلمة condenseries في الحرجة السائل غريبة الكم الدولة من هذه المسألة مع صفر اللزوجة. إذا كانت المادة المظلمة تشكل السوائل فوق الحرجة في نطاق المجرة ، قد تكون قوة جديدة مما يفسر الملاحظات التي لا تناسب نموذج الباردة المظلمة. ولكن حجم المجرة مجموعات الشروط الخاصة المطلوبة لتشكيل فوق الحرجة الدولة لا وجود لها ؛ هنا المظلمة سوف تتصرف كما العاديين الباردة المظلمة.

"انها فكرة عظيمة" ، ويقول تيم تيت, فيزيائي من جامعة كاليفورنيا في إيرفين. "اثنين من أنواع مختلفة من المادة المظلمة يصف شيء واحد." و قريبا من هذا الغريب فكرة يمكنك التحقق من. على الرغم من أن الفيزيائيين الآخرين بالفعل تعتبر هذه الأفكار ، هوري و Berezhiani مقربة من استخراج التحقق من التنبؤات التي من شأنها أن تسمح علماء الفلك لاستكشاف ، السباحة ، سواء مجرتنا في بحر من السوائل فوق الحرجة.

من المستحيل superfluids

على الأرض overcriticize السائل لا يمكنك استدعاء شيئا المتوسط. ولكن الفيزياء استعداد في المختبرات في عام 1938. بارد الجسيمات إلى حرارة منخفضة بما فيه الكفاية, سوف تظهر الكم من الطبيعة. أنها سوف تبدأ في القلق و موجات التداخل ، حتى تبدأ في نهاية المطاف أن تتصرف وكأنها واحدة كبيرة "swashata". فإنها تصبح متماسكة مثل جسيمات الضوء في الليزر التي لها نفس الطاقة يهتز. اليوم, حتى طلاب إنشاء بوس المكثفات — أينشتاين في المختبر ، والتي يمكن تصنيفها على أنها السوائل فوق الحرجة.

ظواهر superfluidity في العالم اليومي لا وجود لها — حارة جدا ، من أجل إظهار المطلوب الآثار الكمومية. بسبب هذا, "قبل عشر سنوات الناس قد رفض هذه الفكرة وقال أنه من المستحيل" ، ويقول تيت. ولكن في السنوات الأخيرة أكثر وأكثر علماء الفيزياء إلى الاعتقاد بأن الحرجة مراحل تتشكل بشكل طبيعي في الظروف القاسية في الفضاء. Superfluidity قد تكون في النجوم النيوترونية ، جدا الزمكان ، وفقا لبعض ، قد تكون السوائل فوق الحرجة. لماذا المظلمة لا أن تكون مثل هذا ؟

لجعل مجموعة من جزيئات السوائل فوق الحرجة ، فمن الضروري تحقيق شرطين: التعبئة والتغليف من الجسيمات ذات الكثافة العالية و تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية. في مختبر الفيزياء (أو الطالب) ، والحد من الجسيمات في الكهرومغناطيسية الفخ ، ثم المشع مع الليزر لإزالة الطاقة الحركية وانخفاض درجة الحرارة إلى قرب الصفر المطلق.

داخل المجرات ، دور الكهرومغناطيسية فخ سوف تلعب جاذبية المجرة التي سوف ضغط المادة المظلمة هي كافية لتلبية معيار الكثافة. مع درجة حرارة أكثر بساطة في الفضاء هو بارد جدا.

خارج هالة يتم الكشف عنها في محيط المجرات الجاذبية هي الأضعف و الظلام المادة لن تكون معبأة ضيق بما فيه الكفاية للذهاب إلى فوق الحرجة. وقالت انها سوف تتصرف مثل العادية المظلمة تفسير علماء الفلك ترى على نطاق واسع.

في الدورية [الهيليوم شكلت صغير دوامة

ولكن ما هو خاص جدا حول أن المادة المظلمة هو [? كما الشرط الخاص إلى تغيير سلوك المادة المظلمة ؟ في السنوات الأخيرة العديد من العلماء قد فكرت في هذه المسألة. ولكن النهج هوري فريدة من نوعها لأنه يوضح كيف superfluidity يمكن أن تؤدي إلى قوة جديدة.

في الفيزياء ، إذا كنت كسر مربع ، يمكنك إنشاء موجة (غالبا). يهز عدد قليل من الإلكترونات ، على سبيل المثال ، في هوائي و كنت تنتهك المجال الكهربائي واستقبال موجات الراديو. تنبيه مجال الجاذبية اثنين من اصطدام الثقوب السوداء — واستقبال موجات الجاذبية. وبالمثل ، إذا كنت تدفع overheadcosts ، سوف تنتج الفونونات — الموجات الصوتية في [في حد ذاته. هذه الفونونات تؤدي إلى قوة إضافية بالإضافة إلى الجاذبية ، نفس القوة الكهروستاتيكيةبين الجسيمات المشحونة. "هذا جيد لأن لديك المزيد من الطاقة أكثر خطورة ، في حين داخليا مرتبطة المادة المظلمة" ، ويقول هوري. "ومن بيئة المنشأة من المادة المظلمة يؤدي إلى هذه القوة." هذا قد يفسر السلوك الغريب من المادة المظلمة في المجرة هالة.

آخر جسيمات المادة المظلمة

الصيادين من المادة المظلمة أبحث عنه لفترة طويلة. جهودها تتركز على ما يسمى weakly interacting massive particles أو اهن. اهن شعبية لأن هذه الجسيمات لا يمكن أن يفسر غالبية الفيزياء الفلكية الملاحظات ، ولكن أيضا تأتي بشكل طبيعي من افتراضية امتداد النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

ولكن لا أحد من أي وقت مضى رأيت اهن ، و هذه افتراضية امتداد النموذج القياسي لم تظهر في التجارب ، مما يثير استياء من علماء الفيزياء. مع كل جديد محصلتها صفر آفاق الحضنة أكثر وأكثر ، الفيزياء بشكل متزايد النظر في المرشحين الآخرين عن المادة المظلمة. "في نقطة ما ينبغي أن نقرر أن الشجرة الخاطئة من؟" ، يسأل ستايسي مكة المكرمة, عالم فلك في جامعة كيس ويسترن ريزيرف.

جسيمات المادة المظلمة ، وهو ما يعني العمل من هوري و Berezhiani بقوة مماثلة اهن. المخنث يجب أن تكون ضخمة جدا بالنسبة الأساسية الجسيمات — حوالي 100 بروتون الجماهير. لتحميل البرنامج النصي, houri, المادة المظلمة الجسيمات يجب مليار مرة أسهل. وبناء على ذلك سوف يكون الكون مليارات مرات أكثر — وهذا يكفي لشرح لوحظ آثار المادة المظلمة و لتحقيق الكثافة المطلوبة لتشكيل السوائل فوق الحرجة. وبالإضافة إلى ذلك فإن المعتاد المخنث لا تتفاعل. ولكن [جزيئات المادة المظلمة بقوة التفاعل.

أقرب المرشح أكسيون ، افتراضية خفيفة الجسيمات مع كتلة التي يمكن 10,000 تريليون تريليون مرة أصغر من كتلة الإلكترون. في كلمات تشاندا Prescod-وينشتاين ، الفيزياء النظرية في جامعة واشنطن ، axions يمكن أن يكون نظريا مكثف من المكثفات بوس — أينشتاين.

ولكن المعيار أكسيون لا تماما تلبية احتياجات هوري و Berejiani. في نموذج الجسيمات يجب أن تجربة قوية مثير للاشمئزاز التفاعل. نماذج نموذجية من axions التفاعل ضعيف وجذب. بالمناسبة, "أعتقد أن الجميع يعتقد أن المادة المظلمة يتفاعل مع نفسه في مستوى معين" ، ويقول تيت. نحن بحاجة فقط لفهم قوية أو ضعيفة التفاعل.

بحثا عن مساحة من superfluidity

الخطوة التالية هوري و البرياني سوف يكون معرفة كيفية اختبار النموذج هو أن تجد قليلا التوقيع الذي يمكن التمييز بين مفهوم السوائل فوق الحرجة من المعتاد الباردة المظلمة. احتمال واحد: الدوامات من المادة المظلمة. في المختبر الدورية السوائل فوق الحرجة تؤدي إلى الملتوية الدوامات التي لا تزال دون فقدان الطاقة. هالة [المادة المظلمة في المجرة يجب تدوير سريع بما فيه الكفاية لإنشاء المصفوفات من الدوامات. إذا كانت هذه الدوامات كانت ضخمة بما فيه الكفاية ، يمكن الكشف عنها مباشرة.

للأسف هذا هو المرجح: أحدث نماذج الكمبيوتر, هوري تبين أن الدوامات في [المادة المظلمة هي "ضعيف جدا" ومن غير المرجح أن توجد في الواقع. ويشير إلى أنه سيكون من الممكن استخدام ظاهرة عدسة الجاذبية أن ترى أي آثار نثر, مماثلة إلى كيف الكريستال ينثر x-ray يمر من خلال ذلك الضوء.

علماء الفلك أيضا البحث عن الأدلة غير المباشرة أن المادة المظلمة يتصرف مثل السوائل فوق الحرجة. ولهذه الغاية ، سيتم دراسة اندماج المجرات.

سرعة المجرات تتصادم فيما بينها ، يتم تحديدها من قبل الاحتكاك الديناميكي. تخيل ضخمة الجسم تمر عبر بحر من الجسيمات. العديد من جسيمات أصغر سوف ينجذب لك من الجسم الضخم. و لأن مجموع الزخم من النظام لا تغيير هائل يحتاج الجسم سوف تبطئ للتعويض.

هذا يحدث عندما اثنين من المجرات البدء في دمج. إذا كانت الحصول على وثيقة بما فيه الكفاية ، هالة من المادة المظلمة سوف تبدأ في مرور واحد من خلال الآخر ، إعادة ترتيب بشكل مستقل تتحرك الجسيمات يؤدي إلى الديناميكية الاحتكاك ، وسحب هالة أقرب. هذا التأثير يساعد المجرات إلى دمج و تصعيد وتيرة اندماج المجرات في الكون.

ولكن إذا هالة المادة المظلمة كانت في حالة السوائل فوق الحرجة ، فإن الجزيئات تتحرك بشكل متزامن. و لن يكون هناك احتكاك ، وأقرب مجرة ، فإنه سيكون من الصعب دمج. كل هذا قد بلغت بليغ الصورة من تقلبات أنماط التدخل في توزيع المادة في المجرات.

صالح المعجزات

على الرغم من أن مكة المكرمة موقف إيجابي فكرة [المادة المظلمة ، وهو يعترف أنه يحاول جاهدا أن الجمع بين أفضل ما في مفاهيم الفيزياء يمكن التوصل إلى "قرار تايكو براهي". الفلكي الدانمركي من القرن 16 اخترع الهجين الكونيات في الأرض هي مركز الكون, ولكن كل الكواكب الأخرى تدور حول الشمس. حاول رسم خط بين القديم البطالمة نظام كوبرنيكوس الفلكي الذي استبداله في نهاية المطاف. ربما العلماء في عداد المفقودين شيء أساسي. ولكن فكرة تستحق النظر.

قال تيت النموذج الجديد هو جميل في عام ، ولكن أتمنى لو كانت أكثر وضوحا على المستوى المجهري ، إلى حد"يمكننا حساب وتظهر لماذا كل شيء يعمل كما يجب. تحتاج فقط عدد قليل من المعجزات" التي سقط كل شيء في مكانه. ولعل هذه المعجزات هي صالحة تماما, لكنه غير متأكد.

على الرغم من أن العلماء جربت [عقود عديدة من فيزياء الجسيمات هي بداية فقط إلى فهم كامل فائدة الأفكار الناشئة من مجال فيزياء المادة المكثفة. من خلال الجمع بين هذه الفيزياء مع الجاذبية والفيزياء لحل طويلة مستعرة السؤال من المادة المظلمة و من يدري ما اختراقات ونحن في الانتظار.

"هل أحتاج إلى [النموذج ؟ ليس تماما, يقول Prescod-وينشتاين. لكن الكون يمكن القيام به. يمكن بطبيعة الحال أن شكل بوز المكثفات — آينشتاين ، مثل masers هي التي تتشكل طبيعيا في سديم الجبار. هل أنا بحاجة الليزر في الفضاء ؟ لا, لكنهم رائعين."