16 augustus 2022

Bestaat donkere materie soms uit wolken van scalar bosonen?

Artistieke impressie. Credit: G4889166 / Pixabay.

Voor het bestaan donkere materie zijn vele indirecte aanwijzingen, zoals de vlakke rotatiecurves van sterrenstelsels, de pieken in het powerspectrum van de kosmische microgolfstraling en de zwaartekrachtlenzen. Toch hebben alle experimenten die wereldwijd al tientallen jaren gaande zijn om donkere materie direct waar te nemen geen positief resultaat opgeleverd. Niet zo vreemd dus dat er veel alternatieve theorieën worden bedacht. Eentje daarvan is die welke veronderstelt dat donkere materie mogelijk bestaat uit wolken van scalar bosonen.

De generaties deeltjes van het Standaardmodel. Paars en groen zijn de fermionen, rood de bosonen, in geel het enige bekende scalar boson, het Higgs boson. Credit: Fermilab

Ehhh… scalar bosonen? Die zijn op zich helemaal niet hypothetisch, want in het Standaardmodel (zie hierboven) van de elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen kennen we al de verdeling van fermionen en bosonen. Het verschil tussen die twee wordt gevormd door hun spin, dat van fermionen is altijd niet-integer, bijvoorbeeld 1/2 of 3/2, dat van bosonen is altijd integer, bijvoorbeeld 0, 1 of 2. Fermionen zijn bijvoorbeeld elektronen, quarks en neutrino’s, bosonen zijn de dragers van de natuurkrachten tussen de fermionen, bijvoorbeeld de fotonen voor de elektromagnetische wisselwerking en de gluonen voor de sterke wisselwerking [1]Eén kenmerkend verschil tussen fermionen en bosonen is dat Fermionen luisteren naar het Uitsluitingsprincipe van Pauli en bosonen niet. Dat in 1925 opgestelde principe zegt dat twee identieke … Lees verder. Bosonen met spin 0 noemen we scalar bosonen en daarvan is er ook al eentje bekend: het in 2012 ontdekte Higgs boson. Daarvan weten natuurkundigen al dat de Higgs bosonen de donkere materie niet kunnen vormen, maar er zijn ook andere scalar bosonen mogelijk. Die reageren niet op de sterke, zwakke en elektromagnetische wisselwerking, alleen op de zwaartekracht. Dat zorgt er voor dat ze afkoelen en door de zwaartekrachtwerking groeperen in grote wolken.

Credit: DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y

Dat klinkt leuk, maar kan je het ook op de één of andere manier waarnemen, dé lakmoesproef voor alle wetenschappelijke hypotheses? Jazeker, ook wolken van scalar bosonen zijn te detecteren en wel via zwaartekrachtgolven als ze in de buurt staan van snel roterende zwarte gaten. Afhankelijk van de massa die ze hebben kunnen scalar bosonen in gravitonen vervallen – de hypothetische dragers van de zwaartekracht, óók bosonen en wel met spin 2 – en dat kan zwaartekrachtgolven genereren. Recent hebben twee teams onder leiding van Hartmut Grote (Cardiff University’s Gravity Exploration Institute) resp. Richard Abott (LIGO Collaboration) de gegevens bekeken die verzameld zijn met de LIGO, Virgo én GEO 600 detectoren om te zien of ze bij frekwenties tussen 20 en 600 Hz wellicht signalen zagen van zwaartekrachtgolven afkomstig van scalar bosonwolken. Het resultaat van dat onderzoek zie je in de grafiek hierboven en in gewoon Nederlands komt het er op neer dat ze niets hebben gezien. Op grond van het onderzoek zeggen ze dat er in ons Melkwegstelsel geen jonge [2]D.w.z. jonger dan 1000 jaar scalar bosonwolken voorkomen en binnen een straal van 3260 lichtjaar van ons vandaan ook geen oude [3]Tot 10 miljoen jaar oud scalar bosonwolken. Een nul-resultaat wat niet wil zeggen dat wolken met scalar bosonen niet bestaan, wel dat ze niet in onze buurt voorkomen.

Hier twee vakartikelen met de resultaten van de onderzoeken:

Bron: Koberlein + Phys.org +Phys.org.

References

References
1 Eén kenmerkend verschil tussen fermionen en bosonen is dat Fermionen luisteren naar het Uitsluitingsprincipe van Pauli en bosonen niet. Dat in 1925 opgestelde principe zegt dat twee identieke fermionen niet dezelfde kwantumtoestand kunnen bezetten. Dat levert een druk op als je probeert fermionen in elkaar te drukken, een druk die de Fermidruk wordt genoemd. Witte dwergen en neutronensterren bestaan door die Fermidruk, in het geval van witte dwergen dankzij de Fermidruk van elektronen, in het geval van neutronensterren dankzij de Fermidruk van neutronen.
2 D.w.z. jonger dan 1000 jaar
3 Tot 10 miljoen jaar oud

Comments

  1. Rene Philipsen zegt

    Bestaat donkere materie soms uit wolken van scalar bosonen? Ik vermoed dat het ‘onbereikbare 0Kelvin’ dat wel is en dat het “Standaardmodel” dat >0Kelvin op elkaar inwerken. Donkere materie ontsnapt zodra er >0Kelvin zich aandient en dat schept orde maar ook wanorde.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: