10 december 2016

Edward Witten: donkere materie zou kunnen bestaan uit zeer lichte bosonen

Alle pogingen tot nu toe om de ware identiteit van donkere materie te onthullen – van de onderaardse detecties, zoals bij LUX in de VS, via de metingen met de Large Hadron Collider op aarde tot aan de waarnemingen aan antiprotonen met de AMS-02 detector aan boord van t internationale ruimtestation ISS – hebben nul komma niets opgeleverd, nothing, niente, nada donkere materie. We weten dat het er is, de negen indirecte bewijzen zijn overweldigend, maar we kunnen ’t letterlijk en figuurlijk niet zien. De meeste speurtochten zijn gericht op het vinden van zware, traag bewegende en zwak reagerende deeltjes, de WIMP’s, weakly interactive massive particles.

WIMP's zouden in een grote halo rondom het Melkwegstelsel zitten. Ze zijn nog niet gedetecteerd.

WIMP’s zouden in een grote halo rondom het Melkwegstelsel zitten. Ze zijn nog niet gedetecteerd.

Vandaar dat de theoretici weer aan de tekentafel zijn geslagen om alternatieven te bedenken. Eén clubje van de theoretici is het kwartet natuurkundigen Hui, Ostriker, Tremaine en Witten. Hé, die naam Witten kennen we, da’s toch de man van de snaartheorie? Yep, dat is dé Witten, Edward Witten, de natuurkundige die door sommigen op gelijke voet wordt gezet met grootheden als Newton en Einstein – mmmmm, hij is toch niet toevallig in 1943 geboren (inside joke voor degenen die deze week de lezing van Vincent Icke in Leiden zagen)?1 Een paar dagen terug zag dit artikel van het viertal het levenslicht:

On the hypothesis that cosmological dark matter is composed of ultra-light bosons

Hierin stellen zij dat donkere materie mogelijk bestaat uit zeer lichte bosonen, deeltjes die anders dan de fermionen (o.a. quarks en elektronen) een integere spin kunnen hebben en die als krachtvoerders van de natuurkrachten opereren (nou ja, bijna allemaal, behalve het Higgs boson dan). Ze praten zelf over ‘fuzzy dark matter’ (FDM), vrij vertaald wazige donkere materie. De bosonen zouden heel licht zijn, bijna tegen massaloos aan. De massa zou iets van 10^-22 eV bedragen, de bijbehorende golflengte van het deeltje zou maar liefst enkele duizenden lichtjaren (!) bedragen.

Het Fornax dwergsterrenstelsel

Het Fornax dwergsterrenstelsel

Je zou wellicht denken dat zo’n theorie niet te staven valt aan de waarnemingen, hetgeen tot op dit moment ook het grote manco van de snaartheorie is, die staat te ver af van de werkelijkheid. Maar Witten c.s. denken daar anders over, volgens hun levert de FDM wel degelijk enkele te verifiëren voorspellingen op. Zo denken zij dat een halo van FDM rondom een sterrenstelsel een stationaire kern moet hebben, eentje die eigenschappen heeft die meetbaar zijn. Ook verklaren zij met hun theorie de waarnemingen gedaan aan het Fornax dwergstelsel, dat je hierboven in de afbeelding ziet.  Bij dat stelsel hebben ze bolhopen ontdekt, die er volgens de WIMP-theorie niet zouden moeten zijn. De FDM staat die bolhopen echter wel toe. Een boeiende theorie dus, die we in de gaten moeten houden. Bron: A quantum diaries survivor.

Noten
  1. Vergeet overigens de andere auteur Ostriker niet, da’s Jeremiah P. Ostriker, ook een grote naam in de wereld der sterrenkundigen, één van de eersten die in de jaren zeventig betoogde dat de meeste massa in het heelal bestaat uit donkere materie. []

Reacties

  1. Goed getimed, Arie.

    Een artikel op een site die jij waarschijnlijk ook bezoekt:

    https://profmattstrassler.com/2016/10/21/hiding-from-a-nightmare/

    Mies

  2. Ja, da’s over die claim van Heister, ik ken dat verhaal. Het gaat al een poosje rond. Ik denk dat ik daar van de week ook wel een blogje aan ga wijden, inclusief een nieuwe eventuele vondst bij CMS. Thanx in ieder geval voor de link!

  3. Ideetje !!
    Ik speculeer hier niet in deeltjes, maar veronderstel dat de ruimte/tijd zelf “massa” heeft/creëert.
    Daar waar, door veel aanwezige “echte materie” de tijd/ruimte vervormd (gecomprimeerd) wordt, zich des te meer zwarte-materie “ophoudt/wordt geinitieerd”.
    Net zo min als er “zwaartekracht-deeltjes” bestaan, bestaan er “zwarte-materie-deeltjes”. Het is een geïntegreerd complex.

    • Als ‘echte materie’ de ruimte/tijd vervormd, waardoor vervolgens weer de aanwezigheid van donkere materie lijkt te bestaan, dan is DM altijd(!) een gevolg van echte massa.
      Maar de kaart van waar zich DM bevindt, overlapt niet met de kaart van waar baryonische massa zich ophoudt… 🙁

      Groet, Paul

  4. Als ruimte/tijd zelf massa creëert, waarom zou dat dan op de ene plek heel veel gebeuren (bij de sterrenstelsels bijvoorbeeld) en op de andere plek weinig (bij de lege ruimtes tussen sterrenstelsels bijvoorbeeld)? Wat maakt dan dat de ruimtetijd dat verschillend doet per plek?

  5. Erik Van rie zegt:

    The Dark Matter Crisis.
    Omdat na al die jaren zoeken nog idd nada,niente etc. Is gevonden kunnen we denk ik idd van een dark matter crisis spreken.
    Ergens moet ik steeds aan Ochams rasor denken.
    Waarom kunnen we donkere materie niet verklaren door een uitbreiding vd wetten van Newton en Einstein.
    De MOND theorie was hiervan een schuchter begin en kon goed de afwijkende rotatiecurves van galaxien verklaren maar faalde bij gravitatielenzen waarbij men de massa van een achterliggend stelsel kan bepalen. Momenteel werkt men nog steeds aan mathematische modellen die een uitbreiding zijn op MOND.
    Ik ben van mening dat we donkere materie eerder mathematisch gaan kunnen verklaren dan te gaan zoeken naar exotische deeltjes waarvan het bestaan zelfs niet bewezen is. Een interessant artikel is het volgende:
    Lees zeker ook de reacties onderaan, met zelfs een reactie van Mordehai Milgrom, de grondlegger van MOND.

    http://www.scilogs.com/the-dark-matter-crisis/2010/08/18/is-lambdacdm-or-standard-cosmology-a-4th-order-speculation-and-ought-it-be-further-researched/

  6. EnceladusEnceladus zegt:

    Witten, best een bijzondere naam voor iemand die zich bezighoudt met donkere materie. 😉

    groet,
    Gert (Enceladus)

Geef een reactie