Είναι η σκοτεινή ύλη μποζόνια, μήκους κύματος 3000 ετών φωτός;

Πριν από μερικές ημέρες στην αναδημοσίευση με τίτλο «Νέος υπολογισμός της μάζας του αξιονίου του υποθετικού συστατικού της σκοτεινής ύλης», είδαμε τις προσπάθειες των φυσικών, για την ανίχνευση αξιονίων με τον ανιχνευτή ADMX, αλλά και τις πρόσφατες θεωρητικές προσομοιώσεις που δίνουν εκτιμήσεις σχετικά με την μάζα αυτών των υποθετικών (προς το παρόν) σωματιδίων.  Ορισμένοι φυσικοί ελπίζουν ότι τα αξιόνια θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια καλή ερμηνεία για την σκοτεινή ύλη που αποτελεί το 27% του περιεχομένου του σύμπαντος. Το πείραμα ADMX σχεδιάστηκε για την ανίχνευση αξιονίων των οποίων η μάζα είναι τάξης μεγέθους μικρο-ηλεκτρονιοβόλτ (μeV), ενώ η τελευταία θεωρητική μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η μάζα των αξιονίων μπορεί να είναι 100 φορές μεγαλύτερη, γεγονός που μάλλον υπερβαίνει τις δυνατότητες του ADMX.

fornax_dwarf_galaxyΤο σύστημα του νάνου-γαλαξία Fornax δεν μπορεί να εξηγηθεί με το μοντέλο της ψυχρής σκοτεινής ύλης

Όμως μια άλλη θεωρητική μελέτη που εμφανίστηκε στον ιστότοπο arxiv.org , υποστηρίζει ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγηθεί με εντελώς διαφορετικά αξιόνια, ένα είδος εξαιρετικά ελαφρών μποζονίων που απορρέουν από την θεωρία των χορδών. Εκτιμάται ότι η μάζα των υποψηφίων σωματιδίων σκοτεινής ύλης είναι m~10-22 eV ή 10−31GeV (γιγα-ηλεκτρονιοβολτ), μια μικροσκοπική μάζα σε σχέση με τα σωματίδια που αναζητούνται στον LHC. Το μήκος κύματος de Broglie είναι λ~1 kiloparsec ή 3200 έτη φωτός! Σωματίδια με τόσο μεγάλο μήκος κύματος προκαλούν νέα φαινόμενα και δεν είναι δυνατόν να ανιχνευτούν από επίγειους ανιχνευτές ή να παραχθούν σε επιταχυντές.

Το άρθρο έχει τίτλο «On the hypothesis that cosmological dark matter is composed of ultra-light bosons«, υπογράφεται από τους Hui, Ostriker, Tremaine και Witten και προκάλεσε την προσοχή αρκετών φυσικών. Γιατί; Διότι ένας από τους συγγραφείς είναι ο Edward Witten, ένα από τα μεγαλύτερα σύγχρονα επιστημονικά μυαλά.

edward_wittenΟ Edward Witten είναι Αμερικανός θεωρητικός φυσικός, καθηγητής της Μαθηματικής Φυσικής στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών στο Πρίνστον. Έχει τεράστια συνεισφορά στην θεωρία των χορδών, την κβαντική βαρύτητα, τις υπερσυμμετρικές κβαντικές θεωρίες πεδίου και σε πολλά πεδία της μαθηματικής φυσικής, αλλά και στα καθαρά μαθηματικά. Το 1990 ήταν ο πρώτος και μοναδικός φυσικός που βραβεύθηκε με το μετάλλιο Fields από την Διεθνή Μαθηματική Ένωση. Το 2004 το περιοδικό Time το ανέφερε ως τον πιο έξυπνο εν ζωή θεωρητικό φυσικό. Ο Witten γεννήθηκε το 1951, στην Βαλτιμόρη στις ΗΠΑ. Ο πατέρας του Louis Witten ήταν θεωρητικός φυσικός εξειδικευμένος στην βαρύτητα και την γενική σχετικότητα. Οι αρχικές σπουδές του δεν είχαν σχέση με τη φυσική και τα μαθηματικά, αλλά την ιστορία και την γλωσσολογία. Αναμείχθηκε με την πολιτική δημοσιεύοντας άρθρα εναντίον της νέας αριστεράς και συμμετέχοντας στην προεκλογική εκστρατεία για την προεδρία των ΗΠΑ, του ρεπουμπλικανού υποψηφίου George McGovern το 1971-72 (οι φήμες που λένε ότι στις σημερινές εκλογές των ΗΠΑ ψήφισε την Jill Stein δεν επιβεβαιώνονται ).Φοίτησε στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison για ένα εξάμηνο ως μεταπτυχιακός φοιτητής Οικονομικών, αλλάζοντας πορεία το 1973 με την εγγραφή του στο τμήμα εφαρμοσμένων μαθηματικών του Πρίνστον και λαμβάνοντας διδακτορικό δίπλωμα στη φυσική το 1976 υπό την επίβλεψη του David Gross (βραβείο Νόμπελ φυσικής 2004)…
Διαβάστε την πρόσφατη «αυτο-βιογραφική» ομιλία του Witten στα πλαίσια της βράβευσής του στο Κιότο εδώ: www.sns.ias.edu

Οι Witten et al μελετούν λεπτομερώς μια υπόθεση, που δεν είναι καινούργια, και καταλήγουν σε διάφορα ενδιαφέροντα συμπεράσματα.
Η ιδέα ονομάζεται «FDM», από το «Fuzzy Dark Matter» (ασαφής σκοτεινή ύλη). Υποθέτουν ένα υπερ-ελαφρύ μποζόνιο, με σχεδόν μηδενική μάζα, το οποίο θα μπορούσε να είναι υπεύθυνο για την σκοτεινή ύλη που αποτελεί το 27% του περιεχομένου του σύμπαντος.

Οι συγγραφείς επισημαίνουν τις συνέπειες της ύπαρξης αυτού του γιγαντιαίου μήκους κύματος στην σωματιδιακή φυσική, αλλά και το πως θα μπορούσε να ανιχνευθεί πειραματικά, από τηλεσκόπια (!) κι όχι σε επιταχυντές όπως ο LHC.

Επιπλέον γίνεται αναφορά στον Fornax (Κάμινος), έναν γαλαξία-νάνο, δορυφόρο του δικού μας γαλαξία, που φαίνεται να διαθέτει σφαιρωτά σμήνη τα οποία δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν εκεί, αν η σκοτεινή ύλη στον γαλαξία ήταν το «συνηθισμένο» είδος που προβλέπεται από το παράδειγμα της ψυχρής σκοτεινής ύλης (CDM). Το νέο μοντέλο της σκοτεινής ύλης (FDM) περιγράφει πολύ καλύτερα αυτό το περίεργο σύστημα.

Πηγή  και Science20.com