Ricetta di materia oscura può includere сверхкритическую liquido

Per anni di ricerca, è diventato chiaro che la materia oscura si comporta malissimo. Questo termine è stato introdotto circa 80 anni fa, l'astronomo Fritz Zwicky, che ha scoperto che, al fine di non dare ingresso galassie scappare in giganteschi ammassi stellari galattici, è necessaria una sorta di forza gravitazionale. Più tardi la Fede Rubino e Kent Ford usato invisibile materia oscura per spiegare il perché della galassia non volano via.

Tuttavia, anche se usiamo il termine «materia oscura» per descrivere queste due situazioni, non è chiaro, coinvolto se in ognuno di loro lo stesso colpevole. Il più semplice e il modello più popolare sostiene che la materia è costituita da particelle debolmente interagenti, che lentamente si muovono sotto l'azione della forza di gravità. Questa cosiddetta «fredda» materia oscura descrive con precisione su larga scala della struttura, come gli ammassi di galassie. Ma lei non si riordina bene con la previsione delle curve di rotazione delle singole galassie. Materia oscura come se diverso agisce in tale scala.

Nel tentativo di risolvere questo puzzle, recentemente, due di fisica hanno ipotizzato che la materia oscura potrebbe cambiare di fase quando si modifica la scala. Justin Хоури, un fisico dell'Università della Pennsylvania, e il suo ex dottorando Lasha Бережиани, lavora presso l'università di Princeton, dicono che in una fredda e densa ambiente galattico alone di materia oscura si condensa in сверхкритическую liquido — esotico lo stato quantistico della materia con viscosità pari a zero. Se la materia oscura costituisce сверхкритическую liquido su scala galattica, può verificarsi una nuova forza, che spiegherebbe la sorveglianza, non rientrano nello modello di materia oscura fredda. Ma a livello di ammassi galattici particolari condizioni necessarie per la formazione di supercritica di stato, non esiste; qui, la materia oscura si comporterà come una normale materia oscura fredda.

«questa È una grande idea», dice Tim Stretto, un fisico delle particelle dell'università della California a Irvine. «Due diversi tipi di materia oscura descrive una cosa». E presto questa curiosa idea, sarà possibile verificare. Anche se altri fisici hanno idee simili, Хоури e Бережиани vicino a quello di rimuovere previsioni verificabili, che avrebbe permesso agli astronomi di esplorare, galleggia se la nostra galassia in un mare di fluido supercritico.

Impossibili сверхтекучие liquido

Sulla Terra сверкритические liquido non può essere chiamato qualcosa di ordinario. Ma la fisica serve nei loro laboratori dal 1938. Raffreddare particelle abbastanza basse temperature, e inizia a manifestare la loro natura quantistica. Cominciano a preoccuparsi, e le onde si sovrappongono, fino a quando alla fine non iniziare a comportarsi come una grande «сверхатом». Saranno coerente, come le particelle di luce al laser, che hanno una energia e vibrare come uno. In questi giorni anche gli studenti creano condensati di Bose — Einstein in laboratorio, molti dei quali si possono classificare come fluido supercritico.

Fenomeni superfluidità nel resto del mondo non esiste — troppo caldo per poter manifestare le effetti quantistici. A causa di questo «dieci anni fa la gente semplicemente rifiutato da questa idea e mi hanno detto che è impossibile», dice Tate. Ma ultimamente, sempre più fisici vengono a pensieri che supercritico fase si formano in modo naturale in condizioni estreme dello spazio. Superfluidità può essere all'interno delle stelle di neutroni, e lo stesso spazio-tempo, secondo alcuni, può essere fluido supercritico. Perché la materia oscura non essere tale?

Per fare una serie di particelle di fluido supercritico, è necessario soddisfare due condizioni: per imballare le particelle ad alta densità e raffreddarli a bassissime temperature. Nel laboratorio di fisica (o studenti) limitano le particelle in trappola elettromagnetica, e quindi irradiata con il laser per rimuovere l'energia cinetica e abbassare la temperatura quasi fino allo zero assoluto.

All'Interno delle galassie ruolo elettromagnetica trappole giocherà l'attrazione gravitazionale della galassia, che restringerà materia oscura è sufficiente per soddisfare il criterio di densità. Con la temperatura più semplice: in uno spazio molto freddo.

Al di fuori di halo, che si trovano in prossimità delle galassie, la forza di gravità è più debole, e la materia oscura non sarà imballato abbastanza stretto per passare a super-critico lo stato. Si comporterà come una normale materia oscura, spiegando che vedono gli astronomi su larga scala.

rotante sopra l'elio superfluido si formano piccoli vortici

Ma cosa c'è di così speciale in modo che la materia oscura è superfluido? Come è stato particolare cambierà il comportamento della materia oscura? Negli ultimi anni molti studiosi hanno pensato a questo problema. Ma l'approccio Хоури è unico, perché dimostra come superfluidità potrebbe dare inizio a una nuova forza.

In fisica, se si rompe il campo, si crea un'onda (spesso). Agitare più di elettroni — ad esempio, in antenna e si rompe il campo elettrico e ottieni le onde radio. Allarmi il campo gravitazionale di due interferire buchi neri e ottieni le onde gravitazionali. Allo stesso modo, se si spingerà сверхжидкость, produrrete fononi — le onde sonore in più di un superfluido. Questi fononi generano un ulteriore vigore, in aggiunta alla forza di gravità, una simile forza elettrostaticatra le particelle cariche. «Questo è un bene, perché non si dispone di un potere sopra di gravità, mentre internamente legato alla materia oscura», dice Хоури. «Questa è la proprietà di un ambiente di materia oscura dà la forza». Si potrebbe spiegare lo strano comportamento della materia oscura nell'alone galattico.

Un'altra particella di materia oscura

I Cacciatori di materia oscura sono alla ricerca di suo già molto tempo fa. I loro sforzi sono stati concentrati sui cosiddetti massicce debolmente interagenti particelle, o WIMP. WIMP sono stati popolari, perché queste particelle non solo potrebbe spiegare la maggior parte astrofisici osservazioni, ma si aprono in modo naturale da ipotetici estensioni del modello Standard della fisica delle particelle.

Tuttavia nessuno ha mai visto WIMP, e queste ipotetiche estensioni del modello Standard, inoltre, non apparsi negli esperimenti, con grande disappunto dei fisici. Con ogni nuovo risultato pari a zero prospettive мрачнеют sempre di più, e la fisica sempre più in considerazione gli altri candidati per la materia oscura. «A che punto dobbiamo decidere che laem l'albero?», si chiede Stacy Макгох, astronomo dell'Università Case Western Reserve.

Le Particelle di materia oscura, che implica il lavoro Хоури e Бережиани, decisamente non sono simili a WIMP. WIMP dovrebbe essere abbastanza massiccio per particelle fondamentali — a circa 100 protoni massa. Per far funzionare lo script Хоури, le particelle di materia oscura dovrebbe essere un miliardo di volte più facile. Di conseguenza, nell'Universo di loro sarà in miliardi di volte di più — e questo è sufficiente per spiegare gli effetti osservati materia oscura e raggiungere la densità necessaria per la formazione di fluido supercritico. Inoltre, le normali WIMP non interagiscono tra di loro. Ma сверхтекучие le particelle di materia oscura dovrebbe essere altamente interagire.

Il più Vicino candidato è axion, ipotetico superleggera particella con massa, che può essere di 10 000 miliardi di miliardi di volte più piccolo di massa dell'elettrone. Secondo Чанды Прескод-Weinstein, fisico teorico dell'Università di Washington, аксионы potrebbe teoricamente condensare in un condensato di Bose — Einstein.

Ma standard axion non del tutto conformi alle esigenze dei Хоури e Бережиани. Nel loro modello particelle devono sperimentare un forte repellente interazione tra di loro. Modelli tipici di аксионов interagiscono debolmente e притягивающе. A proposito, «penso che tutti ritengono che la materia oscura interagisce con se stessa di un certo livello», dice Tate. Solo bisogno di capire, forte o debole interazione.

In cerca di spazio superfluidità

Il Prossimo passo per Хоури e Бережиани sarà capire come controllare il loro modello — trovare parlante la firma, che potrebbe distinguere il concetto di fluido supercritico dalla solita fredda di materia oscura. Una delle possibilità: vortici di materia oscura. Nel laboratorio di rotazione fluido supercritico generano filate di vortici, che continuano, senza perdere energia. Halo superfluido di materia oscura nella galassia dovrebbe girare abbastanza veloce per creare matrici di vortici. Se questi vortici sono abbastanza massicce, la loro sarebbe possibile rilevare direttamente.

Purtroppo, questo è improbabile: gli ultimi modelli di computer Хоури mostrano che i vortici in un superfluido materia oscura sarà «molto più fragile» e difficilmente esisterà in realtà. Egli suggerisce che si potrebbe utilizzare il fenomeno della lente gravitazionale, per vedere eventuali effetti di scattering, proprio come il cristallo disperde passa attraverso di esso la luce a raggi x.

Gli Astronomi potrebbe anche cercare prove indiziarie, che la materia oscura si comporta come un fluido supercritico. Con questo scopo, saranno a studiare la fusione di galassie.

La Velocità con cui le galassie si scontrano tra di loro, definito dinamico di attrito. Immaginate un corpo massiccio, passando attraverso il mare di particelle. Molte particelle più piccole saranno attratti dal corpo massiccio. E poiché il comune di slancio il sistema non cambia, un corpo massiccio che dovrebbe rallentare un po', per compensare questo.

Questo accade quando due galassie cominciano a fondersi. Se sono abbastanza vicini, halo loro materia oscura inizierà a passare uno dopo l'altro, e il raggruppamento sia di particelle in movimento porterà ad attrito dinamico, tirando fuori un alone ancora più vicino. Questo effetto aiuta galassie si fondono e aumentando il ritmo di fusione di galassie nell'Universo.

Ma se un alone di materia oscura è stato in grado di supercritica liquido, le particelle si muovono in modo sincrono. E non sarebbe attrito, сближающего della galassia, per loro sarebbe stato più difficile confondersi. Tutto questo sarebbe stato molto eloquente immagine: le fluttuazioni di figure di interferenza nella distribuzione della materia per le galassie.

Validi miracoli

Anche se Макгох positivo si riferisce all'idea di un superfluido materia oscura, egli riconosce che, cercando così duramente combinare il meglio dei due concetti, fisica possono arrivare a una «soluzione di Tycho Brahe». L'astronomo danese del 16 ° secolo ha inventato ibrida cosmologia, in cui la Terra era il centro dell'Universo, ma tutti gli altri pianeti ruotano intorno al Sole. Cercò di tracciare la linea di demarcazione tra l'antico sistema Tolemaico e copernicano la cosmologia, che alla fine ha sostituito. Forse gli scienziati manca qualcosa di fondamentale. Ma l'idea merita considerazione.

Tate ha detto che un nuovo modello di bella nel complesso, ma vorrei, per di più конкретизировалась a livello microscopico, a tal puntoper «permettere a tutti di calcolare e mostrare perché tutto funziona come dovrebbe funzionare. Solo bisogno di un paio di miracoli», per tutto andò a posto. Forse queste meraviglie sono accettabili, ma non è sicuro.

Anche se gli scienziati hanno sperimentato con liquido superfluido molti decenni, la fisica delle particelle appena cominciando a comprendere appieno l'utilità di idee, escono dal campo della fisica della materia condensata. Allineando la fisica con la gravità fisica, sarebbe possibile risolvere da tempo bolla la questione della materia oscura — e chi sa quali altre scoperte ci attendono?

«se ho Bisogno di сверхтекучие modello? Non proprio, — dice Прескод-Weinstein. — Ma l'Universo può farlo. Lei in modo naturale la formazione condensati di Bose — Einstein, come мазеры in modo naturale si formano nella nebulosa di Orione. Se ho bisogno di laser nello spazio? No, ma sono divertenti».