3 februari 2023

De laatste loot aan de boom van donkere materie-hypothesen: HYPER

De verdeling van donkere materie in Abell 1689. Credit: NASA, ESA, and D. Coe (NASA JPL/Caltech and STScI)

Afgelopen decennia zijn er al vele hypothesen bedacht voor wat donkere materie zou kunnen zijn, de mysterieuze onzichtbare materie die meer dan 80% van all materie in het heelal zou vormen en waar voor het bestaan vele indirecte bewijzen bestaan. WIMP’s hebben we gezien, axionen, primordiale zwarte gaten, steriele neutrino’s, donkere fotonen, strangelets en noem ze allemaal maar op. Allemaal kandidaat-donkere materiedeeltjes, maar geen eentje is er opgedoken in de talloze speurtochten die overal op aarde gaande zijn. Recent dook er weer een nieuwe loot op aan de inmiddels volle boom van donkere materie-hypothesen: de HYPER deeltjes, dat staat voor de “HighlY Interactive ParticlE Relics“, een geestesproduct van Robert McGehee en Aaron Pierce (University of Michigan) en Gilly Elor (Johannes Gutenberg University of Mainz). Het drietal komt met een model waarin de HYPER deeltjes door een faseovergang in het vroege heelal plotseling sterker reageren op gewone materie dan daarvoor. Ook gewone materie kent faseovergangen, zoals wanneer water overgaat na bevriezing in ijs. Waarom zou donkere materie ook geen faseovergang kennen, zo vragen ze zich af.

Credit: Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803

Het is een soort van koorddansen wat er gebeurd zou kunnen zijn in het vroege haalal: als donkere materie te sterk reageert met normale materie dan zou de hoeveelheid gevormde donkere materie in het vroege universum te klein zijn, wat in tegenspraak is met de waarnemingen. Als het echter in precies de juiste hoeveelheid wordt geproduceerd, dan zou de reactie te zwak zijn om donkere materie te detecteren in huidige experimenten. Het gaat er dus om een overgang te vinden die snel genoeg ging om de juiste hoeveelheid donkere materie te produceren en om donkere materie te produceren die krachtig genoeg reageert om te ontdekken met experimenten.

McGehee en zijn collega stellen zich voor dat de interactie tussen de HYPER deeltjes en gewone deeltjes verloopt via een ‘mediator’, een krachtdragend of -voerend deeltje zoals dat ook gebeurt bij drie van de vier bekende natuurkrachten, waarbij bosonen de krachtdrager zijn, zoals fotonen bij de elektromagtnetische wisselwerking (bij de zwaartekracht is nog niet bekend of de hypothetische gravitonen de kracht overdragen). Bij alle krachtdragers geldt: hoe zwaarder de mediator des te zwakker is de kracht. De mediator van donkere materie moet eerst zwaar genoeg zijn om de juiste hoeveelheid donkere materie te vormen en later licht genoeg om donkere materie überhaupt waarneembaar te maken. De oplossing van McGehee et al: er was een faseovergang na de vorming van donkere materie, waarbij de massa van de mediator plotseling afnam. En dat maakt de donkere materiedeeltjes waarneembaar – de witte ‘rechthoek’ in de grafiek hierboven zou de plek zijn waar ze zich ergens zouden moeten bevinden.

Kritiek op het nieuwe model is er overigens ook, zoals te lezen in het volgende draadje op Twitter van de bekende natuukrundige Sabine Hossenfelder:

Hier vind je het vakartikel over HYPER van Gilly Elor et al, Maximizing Direct Detection with Highly Interactive Particle Relic Dark MatterPhysical Review Letters (2023).

Bron: Phys.org.

Share

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: