Non-particulele misterioase ar putea „întinde” Universul, arată un studiu teoretic

Expansiunea în continuă accelerare a Universului ar putea fi condusă de non-particulele misterioase, care nu se supun Modelului Standard al fizicii particulelor, sugerează un nou studiu teoretic.

Oamenii de știință sunt de acord că Universul se extinde, deși cauza acestei expansiuni rămâne dificil de aflat. Una dintre explicațiile propuse cel mai des este o entitate misterioasă numită energie întunecată sub formă de constantă cosmologică, care duce la o expansiune la o rată independentă de vârsta Universului și de temperatura materiei și a radiației. Cu toate acestea, observațiile astronomice recente contestă această ipoteză, determinându-i pe fizicieni să exploreze alternative la ceea ce ar putea fi energia întunecată.

• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee
• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?

Acum, într-un nou studiu, cercetătorii au analizat ideea că energia întunecată este în schimb alcătuită dintr-o formă teoretică de materie numită non-particule. Ei au descoperit că această teorie se aliniază mai bine cu observațiile decât Modelul Cosmologic Standard din prezent, care presupune o constantă cosmologică, explică Space.com.

Non-particulele misterioase fac ca Universul să se extindă?

„Din punct de vedere observațional, apar discrepanțe în valorile ratei de expansiune a Universului și a creșterii structurilor la scară largă (galaxii și conglomerate galactice) între măsurători. Diverse observații, inclusiv măsurătorile radiației cosmice de fundal, estomparea supernovelor și multe altele, contribuie la această tensiune”, a declarat coautorul studiului Utkarsh Kumar, cosmolog la Universitatea Ariel (Israel).

Cantități precum constanta Hubble, care determină rata de expansiune, și așa-numitul S8, care conține informații despre formarea structurilor la scară largă, nu sunt măsurate direct. În schimb, ele sunt calculate din observații ale radiației cosmice de fundal (radiația rămasă de la Big Bang) și a stelelor și galaxiilor îndepărtate, folosind teorii matematice. Cu toate acestea, teorii diferite produc valori diferite ale acestor parametri din aceleași date, ducând la o mare tensiune în cosmologie.

Pentru a aborda această problemă, autorii noului studiu, publicat în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sugerează că expansiunea Universului nu este condusă de o constantă cosmologică, ci de non-particule, care au fost anterior luate în considerare în contextul fizicii particulelor.

Cine a descoperit non-particulele?

„Ideea despre non-particulele misterioase a fost introdusă de fizicianul teoretician Howard Georgi acum peste un deceniu”, a declarat autorul principal al studiului, Ido Ben-Dayan, de la Universitatea Ariel.

„În fizica fundamentală, de obicei discutăm despre câmpuri, cum ar fi câmpul electric, unde particulele sunt excitări ale acelui câmp. În cazul câmpului electric, acestea sunt fotoni”, sau pachete de lumină. În aproape toate cazurile, a adăugat Ben-Dayan, particulele sunt excitări cu o masă și un impuls bine definite.

Cu toate acestea, „non-particulele misterioase sunt rezultatul unui set de câmpuri ale căror excitări nu au un impuls și o masă bine definite. Astfel, la nivel macroscopic, ele se comportă ca un fluid. Un rezultat special al acestei proprietăți este că ecuația lor de stare, care descrie raportul dintre presiunea pe care o exercită și densitatea lor de energie, depinde de temperatură”, a spus Ben-Dayan.

Această ecuație de stare seamănă puternic cu ecuația pentru constanta cosmologică. În plus, interacțiunea foarte slabă a non-particulelor cu materia „normală”, care este prezisă de toate modelele teoretice ale substanței, o face un candidat excelent pentru energia întunecată.

Non-particulele misterioase reduc diferențele dintre măsurători

În lucrarea lor, Ben-Dayan și Kumar au folosit ipoteza non-particulelor în locul constantei cosmologice și au combinat-o cu datele observaționale colectate din mai multe experimente. Ei au descoperit că, spre deosebire de valorile calculate folosind Modelul Cosmologic Standard, valorile constantei Hubble și ale parametrului S8 deduse din aceste experimente erau consistente între ele atunci când au folosit teoria non-particulelor.

„Mai mult, modelul lor a redus discrepanța dintre măsurările constantei Hubble și S8, restabilind astfel acordul între diferitele măsurători”, a spus Kumar.

În prezent, nu există dovezi empirice pentru a susține această teorie. Cu toate acestea, autorii sunt siguri că, în următorul deceniu, precizia măsurătorilor astronomice va crește suficient pentru a determina dacă teoria non-particulelor este corectă.

„Modelul nostru este testat de observațiile cosmologice aflate în continuă îmbunătățire. Dacă este corect, viitoarele experimente ale radiației cosmice de fond ar trebui să confirme acest lucru”, a spus Ben-Dayan.

Experimentele pentru a măsura natura energiei întunecate sunt în prezent în curs de dezvoltare, dar vor necesita telescoape pentru a „sonda mai departe în trecut” decât o fac în prezent, a adăugat Ben-Dayan.

În plus, fizicienii intenționează să crească precizia calculelor lor și să caute posibile manifestări ale non-particulelor în experimente mai familiare cu particule elementare în acceleratoare, care ar putea fi influențate de prezența non-particulelor.

„Ne propunem să luăm în considerare interacțiunile dintre non-particule și Modelul Standard al particulelor elementare. Acest lucru poate testa în continuare modelul nostru. Vom studia în continuare unele extensii ale modelului nostru și consecințele lor cosmologice”, a spus Kumar.

Vă recomandăm să citiți și:

Surpriza din Centura Kuiper, dezvăluită cu sonda New Horizons

Un univers „în oglindă” deformat ar putea fi sursa materiei întunecate

Orbita Pământului a fost modificată în mod misterios în urmă cu 56 de milioane de ani

Cum au ajuns telescoapele în spațiu și care este, de fapt, scopul acestor mașinării uimitoare?