Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 1285
Скачиваний: 54
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
68.5%.
Также стоит отметить, что около двух лет назад международная группа ученых из DES (Dark Energy Survey) начала составлять карту распределения темной материи. Эта карта будет покрывать около 13 % видимого небосклона, однако ее отличает бес- прецедентная подробность. Первые результаты работы группы DES были представ- лены в виде фрагмента карты в 0.4 % от видимой части (Рис.5) [29]. По предваритель- ным оценкам, работы продлятся еще около трех лет.
Рис. 5: Фрагмент карты созадавемой группой DES. теплые оттенки цвета соответ- ствуют высокому числу галактик, а пустоты между ними обозначены голубым цветом. Черными кружками показаны кластеры галактик.
В итоге, в современной физике космоса, возникла довольная странная ситуация: ко- личественный вклад темной материи во Вселенной определен с достаточной точно- стью, но саму природу ТМ мы так и не понимаем. На данный момент частицы ТМ пока не были обнаружены, поиск этих частиц является одной из самых сложных проблем стоящей не только перед космологией, но и перед физикой частиц и астрофизикой. Т.к. наличие ТМ доказывается лишь ее гравитационными свойствами, то предпри- нимались попытки создать модифицированные теории гравитации без ТМ, такие как MOND (Модифицированная ньютоновская динамика), космологическая постоянная и гравитационная постоянная зависящая от времён [5]. Но все эти теории имеют ряд
недочетов, так что на данный момент лучше объяснением гравитационных аномалий является наличие ТМ. Рассмотрим некоторых кандидатов на роль частиц темной ма- терии.
После экспериментов по осцилляции ускорительных [15], атмосферных [14] и сол- нечных [13] нейтрино было полностью доказано что у этих частиц ненулевая масса, следовательно, они должны вносить вклад в скрытую массу. На нынешней момент, нейтрино — единственная частица в кандидаты на ТМ, которую можно зарегистриро- вать
в эксперименте.
В отличии от других кандидатов, у нейтрино есть ряд преимуществ: их можно непо- средственно наблюдать в экспериментах, т.е. доказан факт их существования и из- вестна их распространенность в нашей Вселенной.
Нейтрино являются фундаментальными фермионами со спином 1/2, электрически нейтральны, имеют 3 поколения — τ, µ, e и относятся к горячей ТМ, т.к. ее энергия при выходе из равновесия многократно превышает ее массу. Такие нейтрино могут быть самыми распространенными частицами во вселенной, после реликтовых фото- нов. Плотность числа состояний нейтрино, на данный момент, определяется следую- щим соотношением [18]
n0 + n0 ≈
3 T 0 3
n0 ≈112 см−3
ν
T
4
νν¯ 0 γ
γ
где n0 , n0, n0— соответственно плотности реликтовых фотонов, нейтрино и антиней-
γ ν ν¯
трино в современную эпоху. Нейтринная плотность легких нейтрино связано с фотон- ной плотностью следующим выражением:
ν
11
γ
γ
n0 = 3 n0 , n0 ≈400 см−3
Получаем, что количество нейтрино должно превосходить барионную материю в
109 раз.
Для определения массы нейтрино проводился целый рад экспериментов по иссле- дованию энергетического спектра электронов при β - распаде трития. Наиболее точ- ными оказались эксперименты, проводимые в г. Троицк [17] и г. Майнц [19], которые дали следующие оценки для верхней границы массы электронного нейтрино:
mν < 2.05 эВ, mν < 2.3 эВ
Из полученных данных для верхней границы масс нейтрино следует ограничение на полную реликтовую плотность для этих частиц [25]:
Ωνh2 < 0.0025
Это ограничение показывает, что нейтрино СМ не может преобладать в ТМ, несмот- ря на их большое количество в сравнении с барионной материей. Даже учитывая этот факт, нейтрино по-прежнему остается одной из самых важных частиц в космологии и физики элементарных частиц.
Массивные нейтрино уже не являются частицами Стандартной модели. Согласно дан- ным LEP [20], по измерению ширины распада Z0 - бозона, существует только три типа легких нейтрино (τ, µ, e), которые были рассмотрены нами выше и исключается существование тяжелых нейтрино вплоть до 45 ГэВ.
Были предложены несколько моделей существования сверхмассивных нейтрино, но все они были вне рамок СМ и предполагали массы от 45 ГэВ до 1 ТэВ.
Сверхмассивные нейтрино относятся к частицам холодной материи. При их нали- чии началось бы ранее гравитационное сжатие материи, т.е. происходило бы образо- вание более мелких структур. В дальнейшем, уже за счет сжатия мелких структур в сгустки, началось бы образование скоплений и суперскоплений галактик [5].
Стерильные нейтрино (СН) впервые были упомянуты более 20 лет назад в работе [16]. Модели с данными частицами активно развиваются и классифицируются как расши- рения
Также стоит отметить, что около двух лет назад международная группа ученых из DES (Dark Energy Survey) начала составлять карту распределения темной материи. Эта карта будет покрывать около 13 % видимого небосклона, однако ее отличает бес- прецедентная подробность. Первые результаты работы группы DES были представ- лены в виде фрагмента карты в 0.4 % от видимой части (Рис.5) [29]. По предваритель- ным оценкам, работы продлятся еще около трех лет. Рис. 5: Фрагмент карты созадавемой группой DES. теплые оттенки цвета соответ- ствуют высокому числу галактик, а пустоты между ними обозначены голубым цветом. Черными кружками показаны кластеры галактик.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 16
Кандидаты на роль частиц темной материи
В итоге, в современной физике космоса, возникла довольная странная ситуация: ко- личественный вклад темной материи во Вселенной определен с достаточной точно- стью, но саму природу ТМ мы так и не понимаем. На данный момент частицы ТМ пока не были обнаружены, поиск этих частиц является одной из самых сложных проблем стоящей не только перед космологией, но и перед физикой частиц и астрофизикой. Т.к. наличие ТМ доказывается лишь ее гравитационными свойствами, то предпри- нимались попытки создать модифицированные теории гравитации без ТМ, такие как MOND (Модифицированная ньютоновская динамика), космологическая постоянная и гравитационная постоянная зависящая от времён [5]. Но все эти теории имеют ряд
недочетов, так что на данный момент лучше объяснением гравитационных аномалий является наличие ТМ. Рассмотрим некоторых кандидатов на роль частиц темной ма- терии.
-
Нейтрино Стандартной модели
После экспериментов по осцилляции ускорительных [15], атмосферных [14] и сол- нечных [13] нейтрино было полностью доказано что у этих частиц ненулевая масса, следовательно, они должны вносить вклад в скрытую массу. На нынешней момент, нейтрино — единственная частица в кандидаты на ТМ, которую можно зарегистриро- вать
в эксперименте.
В отличии от других кандидатов, у нейтрино есть ряд преимуществ: их можно непо- средственно наблюдать в экспериментах, т.е. доказан факт их существования и из- вестна их распространенность в нашей Вселенной.
Нейтрино являются фундаментальными фермионами со спином 1/2, электрически нейтральны, имеют 3 поколения — τ, µ, e и относятся к горячей ТМ, т.к. ее энергия при выходе из равновесия многократно превышает ее массу. Такие нейтрино могут быть самыми распространенными частицами во вселенной, после реликтовых фото- нов. Плотность числа состояний нейтрино, на данный момент, определяется следую- щим соотношением [18]n0 + n0 ≈
3 T 0 3
n0 ≈112 см−3
ν
T
4
νν¯ 0 γ
γ
где n0 , n0, n0— соответственно плотности реликтовых фотонов, нейтрино и антиней-
γ ν ν¯
трино в современную эпоху. Нейтринная плотность легких нейтрино связано с фотон- ной плотностью следующим выражением:
ν
11
γ
γ
n0 = 3 n0 , n0 ≈400 см−3
Получаем, что количество нейтрино должно превосходить барионную материю в
109 раз.
Для определения массы нейтрино проводился целый рад экспериментов по иссле- дованию энергетического спектра электронов при β - распаде трития. Наиболее точ- ными оказались эксперименты, проводимые в г. Троицк [17] и г. Майнц [19], которые дали следующие оценки для верхней границы массы электронного нейтрино:
mν < 2.05 эВ, mν < 2.3 эВ
Из полученных данных для верхней границы масс нейтрино следует ограничение на полную реликтовую плотность для этих частиц [25]:
Ωνh2 < 0.0025
Это ограничение показывает, что нейтрино СМ не может преобладать в ТМ, несмот- ря на их большое количество в сравнении с барионной материей. Даже учитывая этот факт, нейтрино по-прежнему остается одной из самых важных частиц в космологии и физики элементарных частиц.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 16
Сверхмассивные нейтрино
Массивные нейтрино уже не являются частицами Стандартной модели. Согласно дан- ным LEP [20], по измерению ширины распада Z0 - бозона, существует только три типа легких нейтрино (τ, µ, e), которые были рассмотрены нами выше и исключается существование тяжелых нейтрино вплоть до 45 ГэВ.
Были предложены несколько моделей существования сверхмассивных нейтрино, но все они были вне рамок СМ и предполагали массы от 45 ГэВ до 1 ТэВ.
Сверхмассивные нейтрино относятся к частицам холодной материи. При их нали- чии началось бы ранее гравитационное сжатие материи, т.е. происходило бы образо- вание более мелких структур. В дальнейшем, уже за счет сжатия мелких структур в сгустки, началось бы образование скоплений и суперскоплений галактик [5].
-
Стерильное нейтрино
Стерильные нейтрино (СН) впервые были упомянуты более 20 лет назад в работе [16]. Модели с данными частицами активно развиваются и классифицируются как расши- рения