Materi gelap tidak bisa terlalu berat atau mungkin merusak model terbaik kita di alam semesta, penelitian baru menunjukkan.
Kami memiliki banyak bukti bahwa sesuatu yang mencurigakan terjadi di alam semesta. Bintang orbit dalam galaksi terlalu cepat. Galaksi bergerak di dalam kelompok terlalu cepat. Struktur tumbuh dan berevolusi terlalu cepat. Jika kita hanya menghitung masalah yang bisa kita lihat, tidak cukup gaya berat untuk menjelaskan semua perilaku ini.
Sebagian besar ahli kosmologi percaya semua fenomena ini dapat dijelaskan melalui keberadaan materi gelap Bentuk hipotetis materi yang masif, netral secara elektrik dan hampir tidak, jika pernah, berinteraksi dengan materi normal. Materi gelap ini membentuk sebagian besar massa di alam semesta, jauh lebih besar daripada jumlah materi bercahaya.
Identitas materi gelap tetap menjadi misteri, karena eksperimen yang dirancang untuk mendeteksi tabrakan yang tersesat dan langka telah gagal meningkatkan apa pun. Tetapi eksperimen ini telah berfokus pada penargetan rentang massa tertentu: sekitar 10 hingga 1.000 Giga-Electron Volts (GEV). (Seorang GeV setara dengan 1 miliar elektron volt.) Itu dalam kisaran partikel terberat yang diketahui, seperti Boson W dan quark teratas. Selama beberapa dekade, para ahli teori lebih menyukai rentang massa ini karena beberapa ekstensi sederhana dari Model standar fisika partikel meramalkan keberadaan partikel tersebut.
Karena kami belum menemukan apa pun, kami mulai bertanya -tanya apakah materi gelap mungkin lebih ringan atau lebih berat dari yang kami kira. Tapi materi gelap yang lebih berat mengalami beberapa masalah serius, menurut yang baru kertas Diterbitkan ke basis data preprint arXiv.
Masalahnya adalah itu materi gelap terkadang berinteraksi dengan materi normal kalau saja jarang. Tetapi di alam semesta awal, ketika kosmos jauh lebih panas dan lebih padat, interaksi ini jauh lebih sering. Akhirnya, ketika alam semesta berkembang dan mendingin, interaksi ini melambat dan kemudian berhenti, membuat materi gelap “membeku” dan tetap diam di latar belakang.
Terkait: Sesuatu yang tidak terlihat dan ‘fuzzy’ mungkin bersembunyi di pusat Bima Sakti, penelitian baru menyarankan
Meskipun ada banyak, banyak model kandidat materi gelap potensial, banyak yang berinteraksi dengan partikel reguler melalui pertukaran yang melibatkan Higgs Boson – Partikel mendasar yang berinteraksi dengan hampir semua partikel lain dan, melalui interaksi itu, menanamkan partikel -partikel tersebut dengan massa.
Kita tahu massa Boson Higgs: sekitar 125 GeV. Para peneliti menemukan bahwa massa ini menempatkan batas atas mendasar pada kemungkinan massa kandidat yang paling gelap.
Masalahnya adalah bahwa semua interaksi dalam fisika adalah jalan dua arah. Higgs berbicara dengan materi gelap dan materi biasa dan, dalam banyak model, memediasi interaksi di antara mereka. Namun kedua jenis materi juga berbicara kembali ke Higgs. Interaksi ini tampak sedikit modifikasi pada massa boson Higgs.
Untuk partikel model standar, kita dapat menghitung koreksi dan interaksi umpan balik ini, yang merupakan bagaimana para ahli teori meramalkan massa boson Higgs jauh sebelum terdeteksi.
Para peneliti menemukan bahwa jika partikel materi gelap memiliki massa lebih besar dari beberapa ribu GeV, kontribusinya terhadap massa Higgs akan sangat penting, mengusirnya dari nilainya yang diamati. Dan karena Higgs sangat penting untuk menentukan banyak fisika mendasar lainnya, itu pada dasarnya akan menutup interaksi partikel sama sekali.
Namun, ada kemungkinan untuk mengatasi pembatasan ini. Materi gelap mungkin tidak berinteraksi dengan partikel biasa sama sekali, atau interaksi mungkin terjadi melalui beberapa mekanisme eksotis yang tidak melibatkan Higgs. Tetapi model-model itu sedikit dan jarang dan membutuhkan banyak langkah-langkah yang menyempurnakan dan ekstra.
Atau bisa jadi materi gelap lebih ringan dari yang kita kira. Jika kita tidak berpikir materi gelap yang berat adalah kandidat yang layak, maka ketika kita terus belajar tentang komponen misterius alam semesta ini, kita malah dapat memfokuskan upaya kita ke arah lain. Sudah ada lonjakan minat pada aksi, partikel ultralight yang diprediksi dalam beberapa model fisika partikel dan mungkin kandidat materi gelap yang layak.
Di sisi eksperimental, jika hasil ini dikonfirmasi dan dianggap sebagai pembatasan luas pada massa partikel materi gelap, kami dapat memperbaiki dan mendesain ulang eksperimen kami untuk mencari partikel berputar rendah, bukannya bermassa tinggi.
Awalnya diposting di Space.com .
