Rezept dunkle Materie enthalten kann сверхкритическую Flüssigkeit

Die langjährigen Forschungen wurde klar, dass die dunkle Materie verhält sich abscheulich. Dieser Begriff wurde etwa vor 80 Jahren der Astronom Fritz Цвикки, der erkannte, dass, um nicht zu geben, die einzelnen Galaxien laufen in riesigen galaktischen Herden, benötigen Sie eine gewisse Gravitationskraft. Später Vera Rubin und Kent Ford verwendet eine unsichtbare dunkle Materie für die Erklärung, warum die Galaxie nicht Fliegen.

Dennoch, obwohl wir den Begriff «dunkle Materie» für die Beschreibung der beiden Situationen ist es unklar, verwickelt, ob jede von Ihnen ein und derselbe Täter. Das einfachste und beliebteste Modell behauptet, dass die dunkle Materie besteht aus schwach wechselwirkenden Teilchen, die sich langsam bewegen sich unter dem Einfluss der Schwerkraft. Diese so genannte «kalte» dunkle Materie genau beschreibt die großräumigen Strukturen wie Galaxienhaufen. Aber Sie schlecht zurecht mit der Prognose-Rotations-Kurven der einzelnen Galaxien. Dunkle Materie wie anders wirkt in einem solchen Umfang.

In einem Versuch, dieses Rätsel lösen, vor kurzem zwei Physiker vermuteten, dass die dunkle Materie kann die Phase ändern beim ändern der Maßstäbe. Justin Khoury, Physiker der University of Pennsylvania, und sein ehemaliger Doktorand lascha Бережиани, arbeitet an der Princeton University, sagen, dass in kalten und dichten Umgebung des galaktischen Halos dunkler Materie kondensiert in сверхкритическую Flüssigkeit — exotische Quantenzustand Stoffe mit null-Viskosität. Wenn die dunkle Materie bildet сверхкритическую Flüssigkeit in der galaktischen Ebene, kann neue Kraft entstehen, die die Beobachtung erklären würde, nicht укладывающиеся im Modell der kalten dunklen Materie. Aber das Ausmaß der galaktischen Ansammlungen von besonderen Bedingungen, die für die Bildung der überkritische Zustand, nicht vorhanden ist; hier dunkle Materie verhält sich wie eine normale kalte dunkle Materie.

«Es ist eine tolle Idee», sagt Tim Tight, Physiker Teilchen von der University of California in Irvine. «Zwei verschiedene Arten von dunkler Materie beschreibt eine Sache». Und bald werden Sie diese merkwürdige Idee getestet werden kann. Obwohl andere Physiker bereits ähnliche Ideen, Khoury und Бережиани in der Nähe zu haben, zu entfernen überprüfbare Vorhersagen, die es erlauben würden, den Astronomen erforschen, schwimmt, ob unsere Galaxie in einem Meer сверхкритической Flüssigkeit.

Unmöglichen сверхтекучие Flüssigkeit

Auf der Erde сверкритические Flüssigkeit kann nicht als etwas sachlicher. Aber der Physik bereiten Sie in Ihren Labors seit 1938. Kühlen Sie die Teilchen bis zu sehr niedrigen Temperaturen, und beginnt zu zeigen, Ihre Quanten-Natur. Sie beginnen, sich sorgen zu machen, und die Wellen überlagern, bis Sie schließlich nicht anfangen, sich zu benehmen wie ein großer «сверхатом». Sie werden kohärente, wie ein Partikel des Lichts im Laser, die haben eine Energie und vibrieren wie eine. Heutzutage sogar Studenten schaffen конденсаты Bose — Einstein im Labor, von denen viele klassifiziert werden сверхкритические Flüssigkeit.

Phänomene сверхтекучести in der Alltagswelt gibt es nicht — zu warm, um das gewünschte gezeigt werden konnten Quanteneffekte. Aus diesem Grund «noch vor zehn Jahren die Menschen einfach aufgegeben würde von dieser Idee und sagten, dass es unmöglich ist», sagt Tate. Aber in letzter Zeit immer mehr Physiker kommen auf den Gedanken, dass сверхкритические Phase bilden sich auf Natürliche Weise in den extremen Bedingungen des Weltraums. Сверхтекучесть kann im inneren von Neutronensternen, ja selbst der Raum-Zeit, nach Meinung einiger, vielleicht сверхкритической Flüssigkeit. Warum die dunkle Materie nicht so sein?

Um eine Gruppe von Partikeln сверхкритической Flüssigkeit, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: packen Sie die Teilchen mit hoher Dichte und kühlen Sie bis zu extrem niedrigen Temperaturen. Im Labor Physik (oder Studenten) begrenzen Teilchen im elektromagnetischen gefangen, und dann Lasern bestrahlt, um zu entfernen kinetische Energie und senken die Temperatur fast bis zum absoluten Nullpunkt.

Innerhalb der Galaxien die Rolle der elektromagnetischen fallen wird spielen die Anziehungskraft der Galaxien, die dunkle Materie schrumpft genug, um erfüllen das Kriterium der Dichte. Mit der Temperatur einfacher: im Weltraum sehr kalt.

Außerhalb der Heiligenschein, die gefunden in der Nähe von Galaxien, Schwerkraft schwächer, und die dunkle Materie wird nicht fest genug verpackt, um in сверхкритическое Zustand. Sie handeln wie eine normale dunkle Materie zu erklären, was Astronomen sehen im großen Maßstab.

Im rotierenden сверхтекучем Helium bilden sich kleine Wirbel

Aber was ist so besonders daran, dass die dunkle Materie wird supraflüssigkeit? Als ein besonderer Zustand ändert sich das Verhalten der dunklen Materie? In den letzten Jahren haben viele Wissenschaftler über diese Frage nachgedacht. Aber der Ansatz Khoury ist einzigartig, da es zeigt, wie сверхтекучесть könnte der Beginn einer neuen Kraft.

In der Physik, wenn Sie gegen das Feld, die Sie erstellen eine Welle (oft). Schütteln Sie mehrere Elektronen — Z. B. in der Antenne — und Sie brechen ein elektrisches Feld und erhalten Radiowellen. Alarmieren Sie Gravitationsfeld zwei сталкивающимися schwarzen Löchern — und Sie Gravitationswellen. Ebenso, wenn Sie толкнете сверхжидкость, Sie machen фононы — Schallwellen in der supraflüssigkeit Flüssigkeit. Diese фононы gebären zusätzliche Kraft neben der Gravitation, ähnlich der elektrostatischen Kraftzwischen den geladenen Teilchen. «Es ist gut, weil Sie zusätzliche Energie über die Schwerkraft, während Sie innerlich gebunden, um die dunkle Materie», sagt Khoury. «Gerade diese Eigenschaft des Mediums aus der dunklen Materie gibt das Wachstum dieser Kraft». Sie könnte erklären das seltsame Verhalten der dunklen Materie in der galaktischen Halo.

ein weiteres Teilchen der dunklen Materie

Jäger auf die dunkle Materie die Suche nach Ihr, schon seit langem. Ihre Bemühungen konzentrierten sich auf so genannte schwach wechselwirkenden massiven Teilchen, oder WIMP. WIMP beliebt waren, weil diese Teilchen nicht nur erklären könnte, die meisten astrophysikalischen Beobachtungen, sondern auch mit Blick auf Natürliche Weise aus hypothetischen Erweiterungen des Standardmodells der Teilchenphysik.

Dennoch niemand je gesehen hat WIMP, und diese hypothetische Erweiterung des Standard-Modells auch in den Experimenten nicht angezeigt, sehr zum Leidwesen der Physiker. Mit jeder neuen null-Ergebnis Perspektiven die Brut immer mehr, und Physik immer häufiger erwägen andere Kandidaten für die dunkle Materie. «An welchem Punkt müssen wir entscheiden, was Laem nicht auf den Baum?», fragt Stacy Макгох, Astronom der Universität Case Western Reserve.

Die Teilchen der dunklen Materie, die Arbeit bedeutet Khoury und Бережиани, entschlossen nicht wie ein Weichei. WIMP muss ziemlich Massiv für Elementarteilchen — etwa 100 Protonen Masse. Damit funktioniert das Skript Khoury, die Teilchen der dunklen Materie müssen in eine Milliarde mal leichter. Dementsprechend im Universum, Sie wird milliardenfach mehr — und das ist genug, um zu erklären die beobachteten Effekte der dunklen Materie und Dichte zu erreichen, die für die Bildung сверхкритической Flüssigkeit. Außerdem die üblichen WIMP nicht miteinander interagieren. Aber сверхтекучие Teilchen der dunklen Materie müssen stark interagieren.

Der Nächste Kandidat ist das Axion, ein hypothetisches, ultraleichtes Teilchen mit einer Masse, die vielleicht in 10 000 Trillionen Trillionen mal kleiner als die Masse des Elektrons. Laut Чанды Прескод-Weinstein, Physik-Theoretiker an der University of Washington, аксионы könnten theoretisch kondensieren im Kondensat Bose — Einsteins.

Aber Standard Axion Bedürfnisse nicht ganz zufrieden mit Khoury und Бережиани. In Ihrem Modell die Partikel müssen das starke abstoßende Wechselwirkung untereinander. Typische Modelle аксионов wirken schwach und anziehend. Übrigens, «ich denke, alle glauben, dass dunkle Materie interagiert mit sich selbst auf einer bestimmten Ebene», sagt Tate. Sie brauchen nur zu verstehen, das starke oder schwache Wechselwirkung.

auf der Suche nach der kosmischen сверхтекучести

Der Nächste Schritt für Khoury und Бережиани wird, herauszufinden, wie Sie Ihre Modell — eine Sprechende Signatur, das könnte zu unterscheiden das Konzept der сверхкритической Flüssigkeit von der üblichen kalten dunklen Materie. Eine Möglichkeit: die Wirbel der dunklen Materie. Im Labor rotierende сверхкритические Flüssigkeit erzeugen die verdrehten Wirbel, die fortfahren, ohne dabei Energie. Halo supraflüssigkeit der dunklen Materie in der Galaxie muss schnell genug drehen, um das erstellen eines Arrays Wirbel. Wenn diese Wirbel waren ziemlich Massiv, würde es möglich sein, direkt zu erkennen.

Leider ist dies unwahrscheinlich: die neuesten Computer-Modelle Khoury zeigen, dass die Wirbel in einer supraflüssigkeit der dunklen Materie werden «ziemlich Dünn» und kaum existieren tatsächlich. Er nimmt an, dass es möglich wäre, das Phänomen der gravitationslinsen zu sehen, die irgendwelche Effekte Streuung, ähnlich wie Kristall streut durchzogen Röntgen-Licht.

Astronomen auch mal kucken Indizien dafür, dass die dunkle Materie verhält sich wie ein überkritischer Flüssigkeit. Zu diesem Zweck werden Sie studieren die Verschmelzung von Galaxien.

Die Geschwindigkeit, mit der Galaxien miteinander kollidieren, bestimmt durch dynamische Reibung. Stellen Sie sich massive Körper, die durch das Meer von Teilchen. Viele kleinere Teilchen werden angezogen massigen Körper. Und da die gesamte Impuls des Systems ändert sich nicht, massiven Körper ein wenig langsamer werden sollte, um dies zu kompensieren.

Dies geschieht, wenn zwei Galaxien beginnen zu verschmelzen. Wenn Sie nah genug, Halos der dunklen Materie beginnt, findet man über ein anderes, und Umgruppierung von unabhängig sich bewegenden Teilchen wird zur dynamischen Reibung, zieht der Heiligenschein noch näher. Dieser Effekt hilft, Galaxien verschmelzen und steigert das Tempo der Fusionen von Galaxien im Universum.

Aber wenn die Halos der dunklen Materie war in der Lage, сверхкритической Flüssigkeit, die Partikel bewegen würde synchron. Und würde es keine Reibung, сближающего Galaxie, es wäre schwieriger zu verschmelzen. All dies wäre красноречивую Bild: Schwankungen Interferenzmuster in der Verteilung der Materie in Galaxien.

Zulässige Wunder

Obwohl Макгох positiv bezieht sich auf die Idee supraflüssigkeit der dunklen Materie, er erkennt, dass versucht, so hart, kombinieren das beste aus beiden Konzepten, der Physik kommen «Lösung Tycho Brahe». Der Dänische Astronom des 16. Jahrhunderts erfand ein Hybrid-kosmologie, die Erde war der Mittelpunkt des Universums, aber alle anderen Planeten drehen sich um die Sonne. Er versuchte, die Grenze zwischen dem alten System der ptolemäischen und kopernikanischen kosmologie, die schließlich ersetzte. Vielleicht die Wissenschaftler übersehen etwas Grundsätzliches. Aber die Idee lohnt sich die Prüfung.

Tate glaubt das neue Modell schön in der Regel, aber ich möchte, dass Sie mehr конкретизировалась auf mikroskopischer Ebene, bis zu einem solchen Grad,zu «wir können alles berechnen und zeigen, warum das alles so funktioniert, wie es sollte funktionieren. Brauchen nur ein paar Wunder», um alles an seinen Platz. Vielleicht sind diese Wunder durchaus, aber er ist nicht sicher.

Obwohl die Wissenschaftler experimentierten mit supraflüssigkeit Flüssigkeit viele Jahrzehnte, Physik der Teilchen nur beginnen, in vollem Umfang erkennen den nutzen von Ideen, die aus dem Bereich der Physik der kondensierten Materie. Richten Sie diese Physik Physik mit der Schwerkraft, es wäre möglich, lassen seit langem brodelnde Frage der dunklen Materie — und wer weiß, was noch Durchbrüche uns erwarten?

«benötige ich сверхтекучие Modelle? Nicht ganz, sagt Прескод-Weinstein. — Aber das Universum kann sich damit zu beschäftigen. Sie kann auf Natürliche Weise die formung конденсаты Bose — Einstein, wie мазеры auf Natürliche Weise bilden sich im Orionnebel. Brauche ich einen Laser im Weltraum? Nein, aber Sie sind lustig.»