4 juli 2022

Kunnen zware gravitonen soms levensvatbare kandidaten voor donkere materie zijn?

Impressie van het gekromde extradimensionale model, waarbij de positie langs de extra ruimterichting wordt weergegeven door de horizontale as. De gewone ruimte-tijd wordt weergegeven door de diagonale schermen. Gewone materie waar we van gemaakt zijn, is gelokaliseerd op het middelste scherm, terwijl donkere materie voornamelijk op het rechterscherm voorkomt. Credit: Cai, Cacciapaglia & Lee.

Omdat alle speurtochten naar donkere materie tot nu toe nul komma niks hebben opgeleverd komen de theoretici met allerlei alternatieve mogelijkheden voor wat donkere materie zou kunnen zijn, axionen, toch neutrino’s, primordiale zwarte gaten, noem het maar op. Laatste suggestie die is opgeborreld vanaf de tekentafels van de theretici: zware gravitonen. Onderzoekers van de Universiteiten van Korea en van Lyon hebben de handen ineengeslagen en hebben verkend op welke wijze deze hypothetische deeltjes mogelijk donkere materie zouden kunnen vormen. Haiying Cai en z’n collega’s gaan daarbij uit van het bestaan van gekromde extra dimensies bovenop de reeds bekende vier dimensionale ruimtetijd van Einstein’s Relativiteitstheorie, een theorie volgens het zogeheten Randall-Sundrum model (zie hieronder).

Het randall-Sundrum model
Dit is een model van de gekromde extra dimensies, een theorie die opgesteld is door Lisa Randall en Raman Sundrum. Hun idee, weergegeven in onderstaande afbeelding, is dat zwaartekracht net zo sterk is als de drie andere krachten (EM, zwakke en sterke wisselwerking), alleen niet in ons driedimensionaal heelal. De zwaartekracht in z’n volle sterkte leeft in een ander driedimensionaal heelal, dat ten opzichte van ons heelal in de vierde ruimtedimensie (of vijfde als je de tijd erbij neemt) een zeer kleine verschuiving heeft, van slechts 10-³¹ meter.

Credit: Cetin BAL

De zwaartekracht zit dus verborgen in een gekromde ruimte en hetgeen ‘lekt’ naar ons eigen universum is slechts een slap aftreksel. De gekromde ruimte kan ontstaan zijn tijdens de eerste fractie van de oerknal en de energie die daarbij vrij kwam zou de brandstof voor de daarop volgende inflatieperiode kunnen hebben geleverd, dus ook daar biedt deze theorie van Randall en Sundrum een verklaring voor. Bij de theorie hoort nog een extra pakket aan deeltjes, geen SUSY deeltjes, maar zogeheten Klein-Kaluza deeltjes, deeltjes die een gevolg zijn van die gekromde ruimte. Er is lang geleden al eens een aanwijzing gevonden voor het bestaan van zo’n deeltje, eentje met een massa van 600 GeV, en met de LHC zou dat wellicht bevestigd kunnen worden.

Als de zwaartekracht door die extra dimensies beweegt kan het materialiseren tot zware gravitonen, een zware variant van de hypothetische dragers van de zwaartekracht met een spin van 2. De interactie tussen de gravitonen en gewone materie is uiterst zwak, waar verschillende mogelijke verklaringen voor zijn. In het hedendaagse heelal zijn de omstandigheden niet extreem genoeg om zware gravitonen te produceren, maar in het allervroegste stadium van het heelal was dat wel het geval. Ongeveer 1 picoseconde na de oerknal waren de omstandigheden perfectt om zware gravitonen te creeëren en de hoeveelheid die dat opleverde zou genoeg zijn om de waargenomen hoeveelheid donkere materie in het heelal te verklaren – zeg ongeveer 85% van alle materie in het heelal. Opvallend aan de uitkomst van deberekeningen was dat de productie van zware gravitonen het meest effectief is ónder de energieschaal waarin de Higgs bosonen zich bevinden. Higgs-bosonen zijnzoals bekend de elementaire deeltjes die het Higgsveld dragen, het veld dat massa geeft aan fundamentele deeltjes zoals elektronen en quarks. Ook die Higgs bosonen dateren van pakweg 1 picoseconde na de oerknal, een moment dat in de Large Hadron Collider van CERN al kan worden nagebootst. Dat biedt mogelijkheden om óók de theorie van de zware gravitonen in de LHC te proberen te verifiëren. Hier het vakartikel over de zware gravitonen, verschenen in the Physical Review Letters. Bron: Phys.org.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: