Căutarea materiei întunecate prin a cincea dimensiune. Cum a fost posibilă

Fizicienii de la PRISMA+ Cluster of Excellence de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz lucrează la o teorie care depășește modelul standard al fizicii particulelor și poate răspunde la întrebări fără răspuns deocamdată. Cum ar fi dacă există o a cincea dimensiune.

De exemplu, întrebări cu privire la ierarhiile maselor particulelor elementare sau a existenței materiei întunecate. Elementul central al teoriei este o dimensiune suplimentară în spațiu-timp. Până acum, oamenii de știință s-au confruntat cu problema că predicțiile teoriei lor nu ar putea fi testate experimental. Acum au depășit această problemă într-un articol din European Physical Journal C.

În anii 1920, în încercarea de a unifica forțele gravitației și electromagnetismul, Theodor Kaluza și Oskar Klein au speculat despre existența unei dimensiuni suplimentare, dincolo de cele patru dimensiuni spațiale și temporale familiare.

Ce spun ultimele descoperiri

Așadar, dacă există o nouă dimensiune, ar trebui să fie incredibil de mică și neobservabilă pentru ochiul uman. La sfârșitul anilor 1990, această idee a cunoscut o renaștere remarcabilă, când s-a realizat că existența unei a cincea dimensiuni ar putea rezolva unele dintre problemele profunde ale fizicii particulelor. În special, Yuval Grossman de la Universitatea Stanford și Matthias Neubert, pe atunci profesor la Universitatea Cornell, au arătat într-o publicație că încorporarea modelului standard al fizicii particulelor într-un spațiu-5-dimensional ar putea explica modelele misterioase de până acum văzute în masele particulelor elementare.

Motivul pentru care caloriferul se montează sub fereastră. Explicația la care nu te-ai fi gândit

Ce trebuie să faci ca peștele congelat să aibă gust proaspăt. Trucul simplu cu un singur ingredient

Alți 20 de ani mai târziu, grupul lui Matthias Neubert – din 2006 de la facultatea Universității Johannes Gutenberg din Mainz (Germania) și purtătorul de cuvânt al PRISMA+ Cluster of Excellence – a făcut o altă descoperire neașteptată: au descoperit că ecuațiile de câmp prin a cincea dimensiune au prezis existența unei particule noi, grele, cu proprietăți similare faimosului Higgs boson, dar cu o masă mult mai grea. Atât de grea, de fapt, încât nu poate fi produsă nici măcar la cel mai mare colisionator de particule din lume: Large Hadron Collider (LHC) la Centrul European de Cercetare Nucleară CERN de lângă Geneva (Elveția).

Ocolul prin a cincea dimensiune

Într-o lucrare recentă publicată în European Physical Journal C, cercetătorii au găsit o soluție spectaculoasă la această dilemă. Au descoperit că particula propusă va media în mod necesar o nouă forță între particulele elementare cunoscute (universul nostru vizibil) și materia întunecată misterioasă (sectorul întunecat).

Chiar și abundența materiei întunecate din cosmos, așa cum se observă în experimentele astrofizice, poate fi explicată prin teoria lor. Aceasta oferă noi modalități interesante de a căuta elementele constitutive ale materiei întunecate – literalmente printr-un ocol prin dimensiunea suplimentară – și de a obține indicii despre fizică într-o etapă foarte timpurie a istoriei universului nostru, când a fost produsă materia întunecată.

„După ani de căutare a posibilelor confirmări ale predicțiilor noastre teoretice, suntem încrezători că mecanismul pe care l-am descoperit ar face materia întunecată accesibilă experimentelor viitoare, deoarece proprietățile noii interacțiuni dintre materia obișnuită și materia întunecată – care este mediată prin particula propusă – poate fi calculată cu precizie în cadrul teoriei noastre”, spune Matthias Neubert, șeful echipei de cercetare.

În final, cercetătorii spun că speranța lor este ca noua particulă poate fi descoperită mai întâi prin interacțiunile sale cu sectorul întunecat. Acest exemplu ilustrează interacțiunea fructuoasă dintre știința de bază experimentală și teoretică – un semn distinctiv al Grupului de Excelență PRISMA +.