(Phys.org)—Non c'è così tanta materia oscura in giro oggi come una volta. Secondo uno dei modelli più popolari di materia oscura, l'universo conteneva molta più materia oscura all'inizio quando la temperatura era più calda. Mentre l'universo si raffreddava, la materia oscura annientata, almeno fino a quando non è stato raggiunto l'equilibrio termico e sono cessate le annichilazioni, con il risultato che il numero di particelle di materia oscura nell'universo si "congela" e rimane approssimativamente costante.

Nonostante questo scenario, chiamato scenario "debolmente interagenti-particelle-massicce" (WIMP), è stato ampiamente studiato, non è ancora chiaro se la materia oscura sia davvero una WIMP.

In un nuovo studio pubblicato su Lettere di revisione fisica , i fisici della Cornell Jeff Asaf Dror, Eric Kuflik, e Wee Hao Ng hanno proposto un nuovo meccanismo per il congelamento della materia oscura in cui non c'è una ma molte particelle del settore oscuro che decadono tutte insieme per produrre la densità di materia oscura osservata. Una o più di queste particelle sono potenziali candidati per la materia oscura.

"Per molto tempo, la Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) è stato il paradigma per spiegare la natura particellare della materia oscura, " Kuflik ha detto a Phys.org. "La maggior parte degli esperimenti per scoprire la materia oscura sono stati progettati per trovare qualcosa che assomigli a un WIMP. La motivazione per il nostro lavoro era cercare di trovare altre spiegazioni per la natura della materia oscura che sarebbero state ricercate sperimentalmente in un modo qualitativamente diverso rispetto al WIMP.

"La materia oscura in co-decadimento fornisce un nuovo meccanismo per il congelamento della materia oscura e ottenere la sua abbondanza di reliquie osservata. Qui la materia oscura può congelarsi all'inizio dell'universo e ottenere la corretta abbondanza che osserviamo oggi. Le sue proprietà suggeriscono che gli esperimenti attuali potrebbero non essere sensibile a questo tipo di materia oscura, ma può portare ad altro, firme sperimentali uniche. Per di più, il meccanismo è abbastanza generale e sarà realizzato in molte estensioni del modello standard della fisica delle particelle."

Come spiegano i fisici, una delle maggiori differenze tra il nuovo meccanismo e quelli precedenti è che, nel nuovo meccanismo, il settore oscuro si disaccoppia presto dal modello standard, che fa sì che i due settori diventino fuori equilibrio. Questa modifica cambia il tasso di decadimento ritardando il punto di inizio del decadimento, che fa sì che il congelamento inizi in momenti successivi. Alla fine questo porta a una minore densità di materia oscura.

Se la densità della materia oscura è minore come previsto qui, quindi per abbinare l'abbondanza di materia oscura osservata, il tasso di annientamento deve essere maggiore rispetto ai meccanismi precedenti. Il maggiore tasso di annientamento potrebbe essere rilevato da futuri esperimenti di rilevamento indiretto, che potrebbe distinguere i due scenari.

"Gli esperimenti di rilevamento indiretto per la materia oscura sono esperimenti che cercano i sottoprodotti della materia oscura che si annichila o decade nello spazio, " ha spiegato Dror. "Gli esperimenti puntano telescopi o satelliti in regioni in cui è previsto un gran numero di particelle di materia oscura (ad esempio, centro delle galassie). Spesso, i sottoprodotti sono fotoni (i quanti di luce) che possono essere rilevati vicino alla Terra. In contrasto, Gli esperimenti di rilevamento diretto corrispondono all'attesa che le stesse particelle di materia oscura collidano con le particelle nei rivelatori sulla Terra. Il vantaggio principale del rilevamento indiretto rispetto ai metodi di rilevamento diretto è che mentre quest'ultimo presuppone che la materia oscura si scontrerà frequentemente con l'esperimento di laboratorio, il primo no. Infatti, non è necessario che sia così:la materia oscura in co-decadimento è un ottimo esempio in cui i segnali di rilevamento diretto sono piccoli, mentre i segnali di rilevamento indiretto sono importanti."

I ricercatori intendono esplorare queste possibilità in futuro, e anche indagare ulteriormente sulle proprietà delle particelle di materia oscura e su come questo tipo di materia oscura potrebbe inserirsi in un quadro più ampio.

"Stiamo esaminando diversi nuovi effetti che tale materia oscura può avere, "Ng ha detto. "Alcuni di questi sono ancora in corso di lavorazione, quindi non siamo ancora pronti per discutere i risultati. Un esempio di un effetto che stiamo esplorando sono le particelle prodotte a LHC, attraversare una grande distanza nel rivelatore, e poi decadere nella materia oscura.

"Stiamo anche studiando realizzazioni esplicite di particelle di materia oscura in co-decadimento. La materia oscura in co-decadimento è una struttura per produrre la corretta abbondanza, e vengono esplorati nuovi modelli di fisica delle particelle che realizzano il quadro".

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