เรื่องของสสารมืดและพลังงานมืดในจักรวาล 5. สสารมืด

เรื่องของสสารมืดและพลังงานมืดในจักรวาล

Valery Anatolyevich Rubakov,
สถาบันวิจัยนิวเคลียร์, RAS, มอสโก, รัสเซีย

การนำเสนอการบรรยาย (pdf, 2 Mb)

ดาวน์โหลดวิดีโอ (AVI): ตอน 1 (180 MB), ตอน 2 (210 MB), ตอน 3 (250 MB)

  • 1. บทนำ
  • 2. การขยายจักรวาล
  • 3. จักรวาลในอดีต
  • 4. ความสมดุลของพลังงานในจักรวาลสมัยใหม่
  • 5. สสารมืด
  • 6. พลังงานมืด
  • 7. ข้อสรุป

5. สสารมืด

เรื่องของสสารมืดนั้นคล้ายกับเรื่องธรรมดาในแง่ที่ว่ามันสามารถรวบรวมเป็นก้อน (เกี่ยวกับขนาดของกาแลคซีหรือกาแลคซี) และมีส่วนร่วมในการทำงานร่วมกันแบบโน้มถ่วงเช่นเดียวกับเรื่องธรรมดา น่าจะประกอบด้วยอนุภาคใหม่ที่ไม่ได้เปิดอยู่ในสภาวะของโลก

มะเดื่อ 6 เลนส์แรงโน้มถ่วง

นอกเหนือจากข้อมูลดาราศาสตร์แล้วการวัดสนามโน้มถ่วงในกระจุกดาวกาแลคซีและในกาแลคซีสนับสนุนการมีอยู่ของสสารมืด มีหลายวิธีในการวัดสนามโน้มถ่วงในกระจุกกาแลคซีซึ่งหนึ่งในนั้นคือเลนส์สัมผัสซึ่งแสดงใน มะเดื่อ 6.

สนามโน้มถ่วงของกระจุกดาวจะกั้นรังสีของแสงที่ปล่อยออกมาจากกาแลคซีหลังกลุ่มนั่นคือสนามโน้มถ่วงทำหน้าที่เป็นเลนส์อย่างไรก็ตามบางครั้งก็มีหลายภาพของกาแลคซีที่ห่างไกลนี้ ที่ครึ่งซ้ายของรูป พวกเขามีสีฟ้า ความโค้งของแสงขึ้นอยู่กับการกระจายมวลในกระจุกโดยไม่คำนึงถึงอนุภาคที่สร้างมวลนี้ การกระจายมวลจึงฟื้นตัวจะแสดงในครึ่งขวาของรูปที่ 6 สีน้ำเงิน; จะเห็นได้ว่ามันแตกต่างจากการกระจายตัวของสารส่องสว่าง วัดด้วยวิธีนี้ฝูงของกาแลคซีสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าสสารมืดลงทุนประมาณ 25% ของความหนาแน่นของพลังงานทั้งหมดในจักรวาล จำได้ว่าจำนวนเดียวกันนี้ได้จากการเปรียบเทียบทฤษฎีการก่อตัวของโครงสร้าง (กาแลคซีกลุ่ม) กับข้อสังเกต

มะเดื่อ 7

เรื่องของสสารมืดอยู่ในกาแลคซี สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการวัดสนามโน้มถ่วงในกาแลคซีและสภาพแวดล้อมรอบข้าง สนามแรงโน้มถ่วงที่แรงขึ้นดาวฤกษ์และก๊าซจะหมุนเวียนไปรอบ ๆ กาแลคซีได้เร็วขึ้นเพื่อให้การวัดความเร็วในการหมุนขึ้นอยู่กับระยะทางไปยังศูนย์กลางของกาแลคซีช่วยให้เราสามารถเรียกคืนการกระจายมวลได้ นี่คือภาพประกอบมา มะเดื่อ 7: ด้วยระยะห่างจากศูนย์กลางของกาแลคซีความเร็วของการไหลเวียนไม่ลดลง,ซึ่งแสดงให้เห็นว่าในกาแลคซีซึ่งไกลจากส่วนที่ส่องสว่างมีสสารมืดที่ไม่ส่องสว่าง ในกาแล็กซีของเราในบริเวณใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์มวลของสสารมืดจะเท่ากับมวลของสสารธรรมดา

อนุภาคของสสารมืดคืออะไร? เป็นที่ชัดเจนว่าอนุภาคเหล่านี้ไม่ควรสลายตัวเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักเบาอื่น ๆ มิฉะนั้นพวกมันจะเน่าเปื่อยในช่วงชีวิตของจักรวาล ความจริงข้อนี้ชี้ให้เห็นว่าในการกระทำตามธรรมชาติ ใหม่ยังไม่เปิด กฎหมายอนุรักษ์ห้ามมิให้สลายอนุภาคเหล่านี้ การเปรียบเทียบคือกฎหมายการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า: อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักเบาและมีประจุไฟฟ้าและนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่สลายตัวเป็นอนุภาคที่มีน้ำหนักเบา (เช่น neutrinos และ photons) นอกจากนี้อนุภาคสสารมืดยังมีปฏิกิริยากับสารของเราอย่างมากมิฉะนั้นพวกมันจะถูกค้นพบในการทดลองในภาคพื้นดินแล้ว จากนั้นจะเริ่มต้นสมมติฐาน สมมุติฐานว่าอนุภาคสสารมืดมีน้ำหนักมากกว่าโปรตอน 100-1000 เท่าและปฏิสัมพันธ์กับสารธรรมดานั้นมีความคล้ายคลึงกันในความเข้มข้นกับปฏิกิริยานิวทริโน่มันอยู่ในกรอบของสมมติฐานนี้ว่าความหนาแน่นของสสารมืดสมัยใหม่พบคำอธิบายง่ายๆว่าอนุภาคของอนุภาคสสารมืดเกิดขึ้นอย่างรุนแรงและถูกทำลายลงในเอกภพช่วงต้นที่อุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 1015 องศา) และบางส่วนของพวกเขาอาศัยอยู่จนถึงทุกวันนี้ ด้วยพารามิเตอร์ที่ระบุของอนุภาคเหล่านี้ปริมาณที่ทันสมัยของพวกเขาในจักรวาลจะได้รับในแบบที่ควรจะเป็น

เราสามารถคาดหวังการค้นพบอนุภาคสสารมืดในอนาคตอันใกล้ภายใต้สภาวะโลกได้หรือไม่? ตั้งแต่วันนี้เราไม่ทราบลักษณะของอนุภาคเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ที่จะตอบคำถามนี้อย่างแจ่มแจ้ง อย่างไรก็ตามมุมมองที่ดูเหมือนเป็นแง่ดีมาก

มีหลายวิธีที่จะค้นหาอนุภาคสสารมืด หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับการทดลองกับเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูงในอนาคต ถ้าอนุภาคของอนุภาคสสารมืดหนักกว่าโปรตอน 100-1000 เท่าพวกมันจะเกิดมาในการชนของอนุภาคสามัญที่เร่งตัวขึ้นเมื่อมีการชนกับพลังงานสูง (พลังงานที่เกิดขึ้นจากการชนกันของแสงที่มีอยู่ไม่เพียงพอ) ผู้ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับ Large Hadron Collider (LHC) กำลังอยู่ในระหว่างการก่อสร้างที่ CERN International Center ใกล้เจนีวาซึ่งจะได้รับคานขวาง 7×7 Teraelectronvoltsต้องบอกว่าตามสมมติฐานที่ได้รับความนิยมในปัจจุบันอนุภาคสสารมืดเป็นเพียงตัวแทนของอนุภาคมูลฐานแห่งวงศ์วานใหม่ดังนั้นพร้อมกับการค้นพบอนุภาคของอนุภาคสสารมืดจึงสามารถคาดหวังว่าจะมีการค้นพบอนุภาคใหม่ทั้งหมดและปฏิสัมพันธ์ใหม่ ๆ เกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา จักรวาลวิทยาชี้ให้เห็นว่าโลกของอนุภาคมูลฐานอยู่ไกลจากการที่ "อิฐ" รู้จักกันในปัจจุบัน!

อีกวิธีหนึ่งคือการลงทะเบียนอนุภาคของสสารมืดที่บินรอบตัวเรา พวกเขาไม่ได้มีขนาดเล็ก: มีมวลเท่ากับ 1000 โปรตอนมวลอนุภาคเหล่านี้ที่นี่และตอนนี้ควรเป็น 1000 ชิ้นต่อลูกบาศก์เมตร ปัญหาคือพวกเขาอ่อนแอมากโต้ตอบกับอนุภาคสามัญสารมีความโปร่งใสกับพวกเขา อย่างไรก็ตามอนุภาคของสสารมืดบางครั้งอาจชนกับนิวเคลียสของอะตอมและการชนเหล่านี้อาจถูกบันทึกลงทะเบียน การค้นหาในทิศทางนี้ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของเครื่องตรวจจับที่มีความละเอียดสูงจำนวนมากที่วางไว้ใต้ดินลึกซึ่งพื้นหลังจากรังสีคอสมิกจะลดลงอย่างรวดเร็ว

มะเดื่อ 8

สุดท้ายมีอีกทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการลงทะเบียนผลิตภัณฑ์ของการทำลายอนุภาคสสารมืดด้วยตัวเองอนุภาคเหล่านี้ควรสะสมอยู่ในใจกลางของโลกและอยู่ตรงกลางของดวงอาทิตย์ (สารเหล่านี้มีความโปร่งใสเกือบจะตกสู่พื้นดินหรือดวงอาทิตย์) มีการทำลายล้างกันและกันและในขณะเดียวกันอนุภาคอื่น ๆ จะถูกสร้างขึ้นรวมถึงอนุภาคนิวทริโน neutrinos เหล่านี้ได้อย่างอิสระผ่านความหนาของโลกหรือดวงอาทิตย์และสามารถลงทะเบียนกับการติดตั้งพิเศษ – กล้องโทรทรรศน์นิวทริโน่ หนึ่งในกล้องโทรทรรศน์นิวทริโน่เหล่านี้ตั้งอยู่ในทะเลสาบไบคาล (NT-200, มะเดื่อ 8) อีก (AMANDA) – ลึกลงไปในน้ำแข็งที่ขั้วโลกใต้

มะเดื่อ 9

ดังที่แสดงไว้ มะเดื่อ 9, neutrino, มาตัวอย่างเช่นจากศูนย์กลางของดวงอาทิตย์สามารถมีโอกาสน้อยที่จะมีปฏิสัมพันธ์ในน้ำซึ่งเป็นผลมาจากอนุภาคประจุ (muon) ซึ่งเป็นแสงที่ได้รับการจดทะเบียน เนื่องจากการปฏิสัมพันธ์ของนิวทริโน่กับวัตถุมีความอ่อนแอมากความเป็นไปได้ที่จะเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวจึงมีขนาดเล็กและมีเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่มาก ขณะนี้การก่อสร้างเครื่องตรวจจับ 1 ลูกบาศก์กิโลเมตรได้เริ่มขึ้นที่ขั้วโลกใต้

มีวิธีอื่น ๆ ในการค้นหาอนุภาคสสารมืดเช่นการค้นหาผลิตภัณฑ์ที่มีการทำลายล้างของพวกเขาในภาคกลางของกาแล็กซี่ของเราวิธีใดที่จะนำไปสู่ความสำเร็จก่อนเวลาจะบอก แต่ในกรณีใด ๆ การค้นพบอนุภาคใหม่ ๆ เหล่านี้และการศึกษาคุณสมบัติของพวกเขาจะเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุด อนุภาคเหล่านี้จะบอกเราถึงคุณสมบัติของจักรวาลใน 10-9 (หนึ่งพันล้านวินาที) หลังจากบิ๊กแบงเมื่ออุณหภูมิของจักรวาลอยู่ที่ 1015 องศาและอนุภาคสสารมืดอย่างหนาแน่นโต้ตอบกับพลาสมาจักรวาล


Like this post? Please share to your friends:
เรื่องของสสารมืดและพลังงานมืดในจักรวาล ">
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: