Arkisto
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Suunnistuksen lähtökynnys
Pimeän aineen hiukkasta ei ole laajoista etsinnöistä huolimatta löytynyt. Koska pimeää ainetta (jos sitä on olemassa) kulkee koko ajan Maapallon läpi, suorin tapa sen havaitsemiseen on katsoa, törmääkö sen tavalliseen aineeseen. Tarvitsee vain ottaa koekappaleeksi kide, eristää se ja odottaa potkuja.
Mitä heikommin pimeän aineen hiukkanen vuorovaikuttaa, sitä harvemmin törmäyksiä tapahtuu. Koska pimeän aineen hiukkasten massatiheys (massa kertaa lukumäärä jaettuna tilavuudella) tiedetään niiden gravitaation havaitsemisesta, hiukkasia on sitä vähemmän mitä raskaampia ne ovat, mikä myös laskee törmäysten tahtia. Tätä ongelmaa voi ratkaista yksinkertaisesti rakentamalla isomman havaintolaitteen: mitä suurempi kohde, sitä enemmän törmäyksiä. Jahdissa onkin siirrytty kiloluokan detektoreista satojen kilojen kautta yli tonnin kohteisiin.
Toisaalta mitä kevyempi hiukkanen on, sitä pienemmän potkun se antaa atomeille. Herkemmän detektorin rakentaminen vaatii enemmän kekseliäisyyttä kuin kohteen kasvattaminen. Toissaviikolla Helsingin yliopiston materiaalifyysikko Kai Nordlund kertoi uudesta menetelmästä, jossa otetaan avuksi kohteen molekyylien tuntemus. Työssä on mukana Helsingin yliopistolta myös pimeän aineen hiukkasfysiikan tuntijat Kimmo Tuominen ja Matti Heikinheimo sekä pimeän aineen tähtitieteelliseen puoleen erikoistunut Peter Johansson, ja joukko materiaalifyysikkoja Teksasin A&M-yliopistolta.
Idea on seuraava. Kun pimeän aineen hiukkanen kulkee koekappaleen läpi, se voi tönäistä kiteen atomeita. Kvanttimekaniikan mukaan on pienin energia, millä atomeille tapahtuu jotain: jos pimeän aineen hiukkasen potku on tätä pienempi, se ei voi tehdä kohteelle yhtään mitään. Tämä lähtökynnys riippuu kiteen rakenteesta. Nordlundin ja kumppaneiden oivallus on käyttää hyväksi sitä, että kynnysenergia riippuu myös hiukkasen tulosuunnasta: on helpompi häiritä kidettä, kun potkii suuntaan, missä atomit tukevat toisiaan vähemmän.
Pimeän aineen hiukkaset liikkuvat sinne tänne siten, että ne ovat keskimäärin levossa Linnunradan suhteen. Koska Aurinkokunta kiertää Linnunrataa, Maapallolla istuvaa havaitsijaa vastaan tulee enemmän hiukkasia siitä suunnasta, mihin Maa kulkee ja vähemmän vastakkaisesta suunnasta. Samalla tapaa törmää useampaan sadepisaraan jos juoksee kohti kulmassa tulevaa sadetta ja harvempaan jos juoksee poispäin.
Kun Maa kiertää Aurinkoa vuoden aikana, kiteen suunta suhteessa tähän pimeän aineen tuuleen muuttuu. Kiistelty DAMA-koeryhmä käyttää tätä pimeän aineen signaalin etsimiseen kohinasta. Nordlundin ja kumpp. hyödyntävät lisäksi sitä, että suunta muuttuu vuorokauden aikana Maapallon pyöriessä akselinsa ympäri. Kun kide kääntyy suhteessa pimeän aineen tuuleen, kynnysenergia muuttuu, joten detektorissa havaittavien potkujen määrä nousee ja laskee yön ja päivän vaihtuessa.
Menetelmä toimii vain silloin, kun pimeän aineen hiukkasten potkujen energia on lähellä kynnysenergiaa. Jos potkut ovat paljon isompia, kide saa kyytiä oli se missä suunnassa tahansa. Jos ne ovat pienempiä, pimeä aine ei pysty häiritsemään kidettä edes heikoimpaan suuntaan töniessään.
Mutta kiteiden energiakynnys on sattumoisin saman kokoinen kuin potkut sellaisilta pimeän aineen hiukkasilta, joiden massa on nykyisten havaintolaitteiden herkkyyden alarajalla, eli protonin massan kymmenyksestä kymmeneen protonin massaan. Tähän alueeseen kurottaminen olisi merkittävä laajennus nykyisiin menetelmiin.
Tällä hetkellä ryhmä kehittää Teksasissa detektorin prototyyppiä. Tähtäimessä on lopulta tonnin painoinen kohde, samaa kokoluokkaa kuin isoimmat nykyiset havaintolaitteet. Projekti on mielenkiintoinen esimerkki siitä, miten pimeän aineen etsiminen tuo yhteen tähtitieteen, kosmologian ja hiukkasfysiikan lisäksi myös kiinteän olomuodon fysiikan.
31 kommenttia “Suunnistuksen lähtökynnys”
Vastaa
Silmukoiden koukkuamista
Toissaviikolla Helsingissä pidettiin gravitaatioaaltodetektori LISAn kosmologiatyöryhmän kokous. LISAn on määrä nousta taivaalle vasta vuonna 2034, mutta miljardien eurojen projektia suunnitellaan hyvissä ajoin.
En ole LISA-projektissa mukana, joten työryhmien organisoimisen ja projektien hallinnoimisen sijaan seurasin lähinnä esityksiä mahdollisista gravitaatioaaltojen lähteistä, joita LISAn voisi havaita.
LISA näkee varmasti galaksien keskustoissa olevien miljoonia tai miljardeja kertaa Aurinkoa raskaampien mustien aukkojen törmäyksiä. Havainnot auttavat ymmärtämään niiden syntyä ja kasvua, joka liittyy isäntägalaksien kehitykseen tavalla, jota ei vielä täysin ymmärretä. LISA saattaa myös nähdä näihin valtaviin mustiin aukkoihin tiukoilla radoilla syöksyviä kevyempiä kappaleita. Jättiläisten lisäksi LISA pystyy myös seuraamaan sitä, miten muutaman Auringon massan kokoiset mustat aukot kiertävät toisiaan ennen yhteen suistumista. LIGO näkee parien noin viimeisen sekunnin, LISA havaitsee loppua edeltäneet rauhallisemmat hetket vuosia aiemmin. Pidempi havaintoaika auttaa testaamaan yleistä suhteellisuusteoriaa tarkemmin.
Varmojen tähtitieteellisten kohteiden lisäksi kiinnostavia ovat spekulatiiviset hiukkasfysiikkaan liittyvät havainnot, yhtenä niistä kosmiset säikeet.
Kosmiset säikeet ovat kappaleita, joiden leveys on hiukkasfysiikan luokkaa, mutta pituus on kosminen. Säikeiden halkaisija on tyypillisesti paljon protonin sädettä pienempi ja pituus miljardeja valovuosia, eli ne ovat oleellisesti yksiulotteisia kappaleita. (Säieteorian säikeiden kanssa kosmisilla säikeillä ei välttämättä ole mitään tekemistä, vaikka säieteoriassakin sellaisia voi olla.)
Kosmiset säikeet –jos niitä on olemassa– ovat muodostuneet sekunnin ensimmäisen murto-osan aikana hiukkasfysiikan kenttien olomuodon muutoksissa. Tapahtumaa voi hahmotella vertaamalla veden muutoksiin. Nestemäisessä vedessä ei ole mitään erityisiä suuntia, molekyylit poukkoilevat samalla tavalla joka puolelle. Veden jäätyessä molekyylit asettuvat aloilleen säännölliseksi kristalliksi. Kun jäätyminen alkaa eri kohdista, kasvavat kristallit osoittavat eri suuntiin. Kahden kristallin kohdatessa syntyy virhe, kohtaamispinta, joka on erilainen kuin kumpikaan niistä.
Hiukkasfysiikassa on veden sijaan kyse hiukkaskentistä, jotka muuttamat olomuotoaan kun aineen lämpötilan laskee maailmankaikkeuden laajetessa. Kaksiulotteisten pintojen lisäksi voi syntyä yksiulotteisia kosmisia säikeitä ja pistemäisiä monopoleja. Nämä ovat kaikki ovat yhtymäpisteissä syntyneitä virheitä.
Hiukkasfysiikan Standardimallin kenttien muutoksissa ei synny tällaisia jäänteitä, mutta monissa sen laajennuksissa syntyy. Kosmiset säikeet olivat suosiossa 1980-luvulla, jolloin ne kilpailivat kosmisen inflaation kanssa rakenteen synnyn selittämisestä.
Inflaation mukaan maailmankaikkeuden kaiken rakenteen siemenet ovat syntyneet kvanttivärähtelyistä. Vaihtoehtoinen selitys oli se, että aineen epätasaisuudet ovat syntyneet raskaiden säikeiden pyyhkiessä aineen halki ja sekoittaessa sitä. Vastuussa olevien säikeiden paino on huimaa mittaluokkaa: sadan metrin pala painaisi yhtä paljon kuin Kuu.
Kvanttivärähtelyt ja kosmiset säikeet saavat aikaan erilaisia siemeniä. Kosmisesta inflaatiosta vastuussa olevan kentän arvo on kvanttivärähtelyjen takia joissain paikoissa isompi ja toisissa pienempi. Kaikki ain syntyy tästä kentästä. Tämän takia sinne, missä kentän arvo on isompi, syntyy enemmän sekä tavallista ainetta että pimeää ainetta. Kosmiset säikeet sen sijaan vispaavat aineen osasia siten, että aineen tiheys säilyy samana: kun säikeet tekevät jonnekin aallonharjan tavallista ainetta, ne myös synnyttävät aallonpohjan pimeää ainetta.
Kosmisesta mikroaaltotaustasta näkyy yksityiskohtaisesti, millaisista epätasaisuuksista rakenteet ovat syntyneet. 1990-luvulla tehdyt tarkat mittaukset osoittivat, että tavallisen aineen ja pimeän aineen huiput ovat samoissa kohdissa: inflaation ennuste on oikea ja kosmisten säikeiden väärä.
Tappion myötä kosmisten säikeiden hohto hiipui, mutta viime vuosina niistä ollaan taas kiinnostuttu. Yksi syy on herkemmät havaintolaitteet. Vaikka kosmiset säikeillä ei ole pääosaa maailmankaikkeuden tarinassa, ne voivat silti näytellä pientä roolia, jonka havaitsee kun oikein tihrustaa. Mitä kevyempiä säikeet ovat, sitä vähäisempi vaikutus niillä on. Kosmisesta mikroaaltotaustasta on etsitty jälkiä säikeistä, jotka hieman häiritsisivät inflaation synnyttämiä epätasaisuuksia, mutta mitään ei ole näkynyt. LISAsta tulee paljon tarkkasilmäisempi kosmisten säikeiden syynääjä.
Maailmankaikkeuden laajetessa säikeet venyvät avaruuden mukana katkeamatta. Ne myös liikkuvat avaruudessa ja voivat kiertyä itsensä ja muiden ympäri. Jos säie kiertyy lenkille ja koukkaa itsensä kanssa, lenkki voi leikkautua irti. Orpo silmukka sitten säteilee energiansa pois hiukkasina ja gravitaatioaaltoina ja kutistuu olemattomiin. Säikeet myös värähtelevät, mikä sekin synnyttää gravitaatioaaltoja, erityisesti risteämiskohdissa, mistä lenkit ovat leikkautuneet irti ja jättäneet jälkeensä terävän kulman sileän säikeen keskelle.
Gravitaatioaaltojen kautta LISA voi havaita säikeitä, jotka ovat miljoona kertaa kevyempiä kuin ne, mitkä olisivat selittäneet rakenteiden synnyn. Nämä ovat aivan liian kevyitä kosmisen mikroaaltotaustan havaittavaksi, mutta arkisessa mittakaavassa silti valtavan raskaita – millimetri painaisi saman verran kuin Mount Everest.
Uusien hiukkasfysiikan kenttien etsiminen gravitaatioaaltojen kautta on esimerkki siitä, miten fyysikot kehittävät uudenlaisia mittalaitteita ja keksivät odottamattomia tapoja naarata tuonpuoleista, kun mitään uutta ei ole nähty.
7 kommenttia “Silmukoiden koukkuamista”
-
Heikki Poroila sanoo:
Maallikon ehkä tyhmä kysymys: mikä oletettujen kosmisten säikeiden varmasti ilmoitetun painon (sata metriä protonin ”paksuista” säiettä Kuun verran) aiheuttaa?
Samalla ihan pieni terminologinen kommentti: veden jäätymistä kuvaavassa kohdassa esiintyy sana ”kristalli”. Kun sanalla on suomessa eri merkityksiä (monet ehkä näkeee kimpaleen vuorikristallia eli kvartsia kiteisessä muodossa tai kiderakenteeltaan amorfisen kristallihiotun lasivaasin), olisiko parempi puhua ”kiteistä” (jäähän on kiderakenteeltaan kuusikulmaista)? Kiteen englanninkielinen vastine on ”crystal”.
-
Syksy Räsänen sanoo:
Kiitos kysymyksestä, on hauska päästä kommenteissa selventämään asioita, joita sujuvuuden ja pituuden vuoksi en laita merkintään.
Säikeiden jännitys, eli energia per pituusyksikkö, on vakio, eli ne venyvät siten, että se säilyy vakiona. (Toisin kuin vaikkapa kuminauhat, joiden jännitys kasvaa venytettäessä.) Tämä jännitys määräytyy siitä energiasta, millä kentän olomuodon muutos tapahtuu.
Selvennettäköön, että säikeiden halkaisija on siis palkon protonia pienempi – tuossa rakenteen siementen selittäjäksi tarkoitetussa tapauksessa 10^(16) kertaa pienempi.
Pyyhkiessään aineen halki kosmiset säikeet aiheuttavat suhteellisia tiheysvaihteluita, jotka ovat suuruusluokkaa jännitys * Newtonin vakio, eli (muutoksen energiaskaala/Planckin massa)^2. 1980-luvulla suosituksi tulleissa yhtenäisteorioissa kaikki vuorovaikutukset yhtyvät energialla, joka on noin 100 kertaa pienempi kuin kvanttigravitaation Planckin skaala, joten tämä ennusti varhaisten aikojen epätasaisuuksien suuruuden, noin 10^(-5), oikein.
Inflaatiomallit eivät yleensä ennusta epätasaisuuksien suuruutta, ne voisivat periaatteessa olla palkon isompia tai pienempiä. Tässä mielessä kosmiset säikeet olivat vakuuttavampi ehdokas, kun tuo yhtenäisteorian energiaskaala tiedettiin erikseen.
Niinpä tilanne näytti hyvältä: yhtenäisteorioiden skaala tunnetaan ja ne ennustavat olomuodon muutoksia joissa syntyy kosmisia säikeitä. Hiukkasfysiikka ja kosmologia sopivat hienosti yhteen.
Valitettavasti tämä ei kuitenkaan pitänyt paikkaansa. Kosmiset säikeet ovatkin varoittava esimerkki siitä, miten kauniita ja harhaanjohtavia sattumia fysiikassa on.
Saatat olla kide-sanasta oikeassa.
-
-
Cargo sanoo:
Erittäin mielenkiintoista, mutta voisiko LISA havaita myös eetteripyörteitä yms. tonttuhiukkasia? Jotenkin tulee mieleen, että tutkijat hypettävät ja markkinoivat projektiaan suurelle yleisölle sekä erityisesti poliitikoille, joille pelkistä mustista aukoista puhuminen tuo mieleen vain budjettivajeen.
-
Tarkennatko kysymystäsi? En ymmärrä kommenttiasi mustista aukoista ja budjettivajeesta.
-
-
Lentotaidoton sanoo:
Lisäluettavaa esim.: https://cosmosmagazine.com/physics/cracks-in-the-universe
Jahtaammeko turhaan? Another possibility is that ancient cosmic strings radiated away their energy and faded to nothingness too quickly after the Big Bang to have left a lasting impression.
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Eilispäivän rohkeutta
Tuo koeasetelma, johon kuuluu maapallon liike suhteessa oletettuun pimeän aineen tuuleen tuo mieleen reilun sadan vuoden takaisen Michelson-Morley-kokeen, ja ennenkaikkea sen mitä myöhemmin oli tuleman. Osoittautui että eetteriä ei tarvittukkaan, Vaikka Einstein vissiin sanoi ettei M-M-koe ollut se ratkaiseva sysäys erikoiselle suhteellisuusteorialle, niin koe on silti kuuluisa.
Herää kysymys että onko pimeä aine aikamme eetteri ? Löytyykö ratkaisu jonkun uuden Einsteinin myötä ihan toisenlaisen idean parista ?
Pimeä aine ja eetteri ovat hyvin erilaisia tieteellisiä hypoteeseja.
Pimeä aine sopii hyvin yhteen muun tunnetun fysiikan kanssa, joka on selittänyt ja ennustanut oikein lukuisia havaintoja.
Eetteri oli lähtökohtaisesti ongelmallinen, koska sen piti toisaalta kantaa sähkömagneettista säteilyä, joka vuorovaikuttaa aineen kanssa melkoisesti, mutta toisaalta olla sellainen, että sitä ei ole mitenkään muuten havaittu.
Pimeän aineen ei tarvitse vuorovaikuttaa merkittävästi muuten kuin gravitaation kautta.
Pimeän aineen hiukkasen voi havaita eri tavoin (riippuen siitä millainen se on), tämä suuntariippuvuuden hyväksikäyttäminen on vain yksi metodi. Samankaltaisuus Michelsonin ja Morleyn kokeen kanssa on pintapuolista.
Ymmärrän sen että hypoteesi pimeästä aineesta voi selittää joitakin syvän taivaan havaintoja, mutta mitä se on ennustanut ?
Tähtien ja kaasun liikkeen galakseissa ja galaksiryppäissä, kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksien kuvion, galaksien jakauman taivaalla, tietyn osan maailmankaikkeuden laajenemisesta, gravitaatiolinssien kuviot ja galaksien muodostumisen yksityiskohdat.
Fysiikan teorialle paras mahdollinen vahvistus on kun se pystyy ennustamaan jotain havaintoa yksiselitteisesti niin ettei sellaista ole ennen nähty tai osattu arvata. Hyvä klassinen esimerkki on Neptunuksen löytäminen 1800-luvulla teorialaskujen opastamana.
Alla on kopio siitä mitä Wikipedia sanoo gravitaatilinsseistä. En epäile että kyseessä on upeaa astrofysiikkaa ja painavaa todistetta pimeän aineen olemassaolosta. Silti en näe että siinä tarkkaan ottaen on kyse siitä että teoria pimeästä aineesta olisi ennustanut jonkin kokeellisen havainnon, se on ”vain” yksi esimerkki lisää että kosmoksessa on epäsuhta havaittavan massan ja gravitaatiovaikutuksen välillä.
Sen sijaan, jos tuo HY & Texas AM-projekti onnistuisi täydellisesti niin silloinhan kyseessä olisi nimenomaan teorian ennustama kokeellinen havainto.
Wikipedia: ”Pimeä aine näkyy myös galaksijoukkojen muodostamissa gravitaatiolinsseissä. Tutkimalla galaksijoukon painovoimakentän vääristämiä kuvia joukon takana sijaitsevista galakseista, saadaan määritettyä linssinä toimivan galaksijoukon massajakauma ja kokonaismassa. Vertaamalla tulosta galaksin tähtien ja kaasun emittoimasta valosta laskettavissa olevaan massaan ja erityisesti näkyvän aineen jakaumaan, osoittautuu, että galaksijoukkojen massasta suurin osa on pimeää ainetta. Gravitaatiolinssi-ilmiön erityinen vahvuus on, että sillä saadaan riippumaton käsitys pimeän aineen jakaumasta. Tällä menetelmällä onkin voitu osoittaa, ettei pimeän aineen jakauma seuraa suoraan näkyvän aineen jakaumaa.”
Pimeä aine ei ennusta vain sitä, että on gravitaatiolinssihavaintoja, vaan myös sen, millaisia ne ovat.
Gravitaatiolinssihavainnot antavat riippumatonta tukea pimeälle aineelle verrattuna vaikkapa tähtien ja kaasun liikkeisiin galakseissa, koska ne luotaavat aika-avaruuden kaarevuuden eri piirteitä. (Valo kulkee eri tavalla kuin hitaasti liikkuva aine.)
Esimerkiksi teorioissa muokatusta gravitaatiolaista, jotka kilpailevat pimeän aineen kanssa, galaksien kiertoliikkeiden saaminen oikein ei takaa sitä, että valon taipuminen menee oikein.
Olisiko aiheellista tutkia aika-avaruuden rakennetta ja pohtia voisivatko havainnot nousta sieltä? Jos vaikka lähetetään luotaimia pitkin Aurinkokuntaa mittaamaan gravitaatiovakiota, niin pienetkin muutokset kielisivät siitä, että tyhjä avaruus voi sisältää kaarevuutta? Tällöin sileä aika-avaruus voisi olla pelkkä approksimaatio hilavirheitä sisältävästä diskreetistä rakenteesta.
Nyt vain hakkaamaan sotarumpua ja julistamaan, miten Einstein oli väärässä ja miten typerää on uskoa jonkin pimeän ad hoc -hiukkasen olemassaoloon 😉
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan tyhjäkin aika-avaruus voi olla kaareutunut – siksi Maa kiertää Aurinkoa.
Aika-avaruuden kaarevuutta Aurinkokunnassa on mitattu luotaimilla sadastuhannesosan tarkkuudella, ja havainnot ovat yhtäpitäviä yleisen suhteellisuusteorian kanssa.
Voisiko rakentaa ohuen metallikalvon, joka levitoi tyhjiössä siten, että liikuttava voima on selitettävissä vain pimeiden hiukkasten aiheuttamalla säteilypaineeella? Kun poikkipinta-ala on kohden Maan kulkusuuntaa, niin paine/voima on suurimmillaan.
Ei, koska pimeän aineen vaikutus on niin pieni.
Onko ylipäätään syytä olettaa, että pimeä aine vuorovaikuttaa bosoneiden kautta näkyvän aineen kanssa? Voisi kai olla niinkin, että ainetta on montaa eri lajia ja ainoa yhdistävä tekiä on yhteinen aika-avaruus, johon kukin laji jättää jälkensä. Tai pimeä aine on tavallista ainetta, joka liikkuu eri dimensioissa ja vaikuttaa aika-avaruuden kokonaismetriikkaan. Onko nykyfyysikoilla pelkoa, että tiedot rajat tulevat vastaan?
On tosiaan mahdollista, että pimeä aine vuorovaikuttaa vain gravitaation (tai yhtä heikon vuorovaikutuksen) kautta. Useita tällaisia vaihtoehtoja on tutkittu.
Onko tyhjää avaruusaikaa olemassa? Miten määrittelet tyhjyyden?
On. Käsite ei olekaan yksinkertainen (aiheesta täällä: https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/naennainen_todellisuus ), mutta tässä yhteydessä asia on selvä.
Tämä riittäköön tästä.
Muistutus, että tämä kommenttiosio ei ole sopiva paikka omien fysiikan teorioiden esittelemiseen.
Sellaisia kommentteja toistuvasti lähettävät käyttäjät saavat jatkossa pysyvän kiellon.
(Tämä ei liity kommentteihin, joita on täällä julkaistu, vaan moderointiin jääneisiin kommentteihin.)
Osaatko sanoa jotain summittaista kuinka suuri osa hiukkasfysiikan rahoituksesta menee nykyään sellaisiin projekteihin joissa ensisijainen tai ainoa päämäärä on pimeän aineen hiukkasten detektointi ?
Pimeää ainetta voi etsiä kiihdyttimillä, astrofysikaalisilla havainnoilla ja suoran havainnon laboratoriokokeilla. Näistä viimeksi mainitut ovat ainoita, joiden ensisijainen tai ainoa päämäärä on pimeän aineen löytäminen. Ne ovat myös halvempia kuin kiihdytinkokeet, teleskoopit tai satelliitit. Prosenttilukua en osaa antaa.
Siis jos ymmärsin oikein, tuo vuorovaikutus jolla pimeitä hiukkasia pyritään havaitsemaaan on liike-energiaa, eli hiukkanen muuttaa detektorin molekyylin värähtely / liiketilaa ?
Kyllä, pimeän aineen hiukkanen törmää kohteessa olevan atomin ytimeen ja antaa sille liike-energiaa. Tämän takia atomi liikkuu ja siitä voi irrota elektroni.
Wikipedian artikkelissa pimeästä aineesta, aivan alussa, on tämä lause:
”Sen [pimeä aine] vaikutus tavalliseen aineeseen on kuitenkin havaittavissa gravitaation ja heikon vuorovaikutuksen kautta.”
Mihin perustuu tuo väitteen jälkimmäinen osa, että on havaittavissa heikon vuorovaikutuksen kautta ?
En mielelläni rupea kommentoimaan Wikipedian artikkeleita. Jotkut pimeän aineen hiukkaset vuorovaikuttavat heikon vuorovaikutuksen kautta, toiset eivät.
Onko pimeän aineen avulla todellakin ennustettu tähtien ja kaasun liike galakseissa ja galaksiryppäissä, kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksien kuvio, galaksien jakauma taivaalla, tietty osa maailmankaikkeuden laajenemisesta, gravitaatiolinssien kuviot ja galaksien muodostumisen yksityiskohdat? Vai tarkoitatko ennustamisella selittämistä?
Olen ymmärtänyt asian niin, että kun tietyt laskutoimitukset eivät ole ”menneet tasan”, avuksi on tarvittu lisää ainetta ja kun sitä ei ole löydetty, selitykseksi on ”ennustettu” pimeän aineen olemassaolo.
Minä en käyttäisi pimeää ainetta ennustamiseen niin kauan kuin siitä ei tiedetä juuri mitään.
On. Pimeä aine on otettu käyttöön galakseissa ja galaksiryppäissä tapahtuvien liikkeiden selittämiseksi, ja sen jälkeen se on onnistuneesti selittänyt lisää näitä liikkeitä, mukaan lukien erilaisissa olosuhteissa, sekä muut mainitsemani tekijät.
Näiden havaintojen kannalta pimeän aineen hiukkasne yksityiskohdat eivät ole tärkeitä, ainoastaan se, että se on kylmään (eli ei liiku nopeasti ympäriinsä).
Onko Nordlung & kumpp ryhmällä mitään ennakko-oletusta siitä mitä jahtaavat? Eli mikä siellä mahdollisesti ”potkii”? Onko olettamuksena WIMPit? Luulisi kokeen priorisoituvan jonkin tyypin etsiskelylle.
Tällaiset tönäisykokeet luotaavat kaikkia hiukkasia, joiden vuorovaikutus atomiydinten kanssa ja massa sattuvat tiettyyn haarukkaan.
Alun perin WIMP viittasi hiukkasiin, joiden vuorovaikutus ja massa on heikon vuorovaikutuksen suuruusluokkaa, mutta sellaiset olisi jo nähty. Tässä mielessä tiedämme, että pimeä aine ei koostu WIMPeistä. Nyttemmin W niin Weak on tosin uudelleentulkittu siten, että se ei viittaa heikkoihin vuorovaikutuksiin erisnimenä (eli Standardimallin W- ja Z-bosonien välittämään vuorovaikutukseen), vaan on yleisnimi vuorovaikutuksille, jotka ovat hyvin heikkoja.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/nynnyjen-hautajaiset/
OK kiitos. Siis nämä FIMPit (Feebly Interacting Massive Particle). Ja tämän myötä myös aksionit ja steriilit neutriinot entistä jahdatuimmiksi (LHChän jahtaa myös näitä aksioneja, https://www.wired.co.uk/article/large-hadron-collider-dark-matter).
FIMPit vuorovaikuttavat niin heikosti, että tuo koe ei pysty näkemään niitä.
Räsänen: ”Tällaiset tönäisykokeet luotaavat kaikkia hiukkasia, joiden vuorovaikutus atomiydinten kanssa ja massa sattuvat tiettyyn haarukkaan”.
Vai niin. No JOS EI FIMPitkään, niin mikä sitten on tämä TIETTY ”haarukka”? Vai onko kyse vain TÄMÄN kokeen ”haarukasta”? Onko se kiinni näistä kiteistä/tulokulmista (protonin massan kymmenyksestä kymmeneen protonin massaan = tuo Texasin uusi detektori)? Sori että jankkaan.
Haarukka määräytyy laitteen herkkyyden mukaan.