Cartone animato del modello extradimensionale deformato, dove la posizione lungo la direzione dello spazio extra è rappresentata dall'asse orizzontale. Lo spazio-tempo ordinario è rappresentato dagli schermi ortogonali. La materia ordinaria di cui siamo fatti è localizzata sullo schermo centrale, mentre la materia oscura vive principalmente sullo schermo destro. Crediti:Cai, Cacciapaglia &Lee.
Oggi, molti team di ricerca in tutto il mondo stanno cercando di rilevare la materia oscura, una sostanza invisibile che si ritiene rappresenti la maggior parte della materia nell'universo. Poiché non riflette o emette luce, la sua presenza è stata rivelata indirettamente attraverso le sue interazioni gravitazionali con la materia visibile.
Finora, i candidati più promettenti per la materia oscura sono gli assioni, i neutrini e le particelle massicce che interagiscono debolmente. Di recente, tuttavia, alcuni fisici hanno anche iniziato a studiare la possibilità che un altro tipo di particelle ipotetiche, i gravitoni massicci, potessero essere validi candidati alla materia oscura.
La teoria suggerisce che gravitoni massicci siano stati prodotti durante le collisioni tra particelle ordinarie nell'ambiente caldo e denso dell'Universo primordiale, nei pochi istanti successivi al Big Bang. Sebbene le teorie ne prevedano l'esistenza, finora queste particelle non sono mai state rilevate direttamente.
I ricercatori della Korea University e dell'Università di Lione hanno recentemente condotto uno studio teorico esplorando la possibilità che i gravitoni massicci possano essere buoni candidati alla materia oscura. I risultati dei loro calcoli teorici sono stati pubblicati in un articolo in Physical Review Letters .
"Il nostro studio è iniziato osservando le dimensioni extra, in particolare le dimensioni extra deformate, che sono state studiate molto negli ultimi 20 anni", ha detto a Phys.org Giacomo Cacciapaglia, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. "Quando la gravità si propaga in questo spazio invisibile, materializza enormi gravitoni. Il loro accoppiamento con la materia ordinaria è molto debole, essendo di origine gravitazionale."
Densità della reliquia del gravitone massiccio nello spazio dei parametri del modello deformato. I punti lungo la linea rossa riproducono la Materia Oscura osservata nell'Universo, mentre le regioni in ombra sono escluse. Crediti:Cai, Cacciapaglia &Lee.
Il processo attraverso il quale verrebbero teoricamente prodotti gravitoni massicci è estremamente raro. Per questo motivo, la velocità di produzione di queste particelle sarebbe significativamente inferiore alla velocità di produzione delle particelle "ordinarie". Cacciapaglia ei suoi colleghi Haiying Cai e Seung Lee si sono chiesti se nell'universo primordiale fossero stati prodotti abbastanza gravitoni massicci da poter essere considerati un buon candidato per la materia oscura.
"Calcolando il tasso di produzione di queste particelle, abbiamo scoperto che alcuni processi sono migliorati al di sotto della scala in cui il bosone di Higgs genera masse per le particelle ordinarie, 1 picosecondo dopo il Big Bang", ha detto Cacciapaglia. "Abbiamo dimostrato che questo miglioramento è sufficiente per creare la giusta quantità di materia oscura sotto forma di gravitoni massicci con masse inferiori al MeV."
I calcoli eseguiti da Cai, Lee e Cacciapaglia mostrano che invece di essere associata a una fisica sconosciuta avvenuta poco dopo il Big Bang, la produzione di gravitoni massicci è più efficace al di sotto della scala energetica in cui risiedono i bosoni di Higgs. I bosoni di Higgs sono particelle elementari che trasportano il campo di Higgs, il campo che dà massa a particelle fondamentali come elettroni e quark.
"Questo traccia una connessione diretta tra la fisica studiata al Large Hadron Collider di Ginevra e la fisica della gravità e della materia oscura dell'Universo primordiale", ha detto Cacciapaglia. "I nostri risultati implicano che la materia oscura gravitazionale viene prodotta 1 picosecondo dopo il Big Bang, in un momento in cui la fisica delle particelle è ben descritta dalle teorie attuali."
In futuro, i risultati raccolti da questo team di ricercatori potrebbero ispirare nuovi studi e calcoli che esplorano la produzione di gravitoni massicci nell'universo. Nel frattempo, Cacciapaglia e i suoi colleghi intendono basarsi sul modello teorico introdotto nel loro articolo, valutando anche altri candidati alla materia oscura.
"Ora abbiamo in programma di studiare altre caratteristiche di un modello concreto in una dimensione extra deformata che abbozziamo nell'articolo", ha aggiunto Cacciapaglia. "Siamo particolarmente interessati al ruolo svolto da una particella scalare chiamata radione e alla potenziale verificabilità degli attuali e futuri collisori di particelle". + Esplora ulteriormente
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