Uma linha do tempo da matéria escura co-decadente:o modelo padrão e o setor escuro desacoplado em Td, a densidade do setor escuro começa a diminuir em TΓ, e a matéria escura "congela" em Tf, resultando em uma abundância de relíquias. Crédito:Dror et al. © 2016 American Physical Society
(Phys.org) - Não há tanta matéria escura por aí hoje como costumava haver. De acordo com um dos modelos mais populares de matéria escura, o universo continha muito mais matéria escura no início, quando a temperatura era mais alta. Enquanto o universo esfriava, a matéria escura aniquilada, pelo menos até um ponto em que o equilíbrio térmico foi alcançado e as aniquilações cessaram, resultando no número de partículas de matéria escura no universo "congelando" e permanecendo aproximadamente constante.
Embora este cenário, chamado de cenário de "partícula massiva de interação fraca" (WIMP), foi pesquisado extensivamente, ainda não está claro se a matéria escura é realmente um WIMP.
Em um novo estudo publicado em Cartas de revisão física , Jeff Asaf Dror, físicos da Cornell, Eric Kuflik, e Wee Hao Ng propuseram um novo mecanismo para o congelamento de matéria escura no qual não há uma, mas muitas partículas do setor escuro que co-decaem para produzir a densidade de matéria escura observada. Uma ou mais dessas partículas são candidatas em potencial à matéria escura.
"Por muito tempo, a partícula maciça de interação fraca (WIMP) tem sido o paradigma para explicar a natureza das partículas da matéria escura, "Kuflik disse ao Phys.org." A maioria dos experimentos para descobrir matéria escura foram projetados para encontrar algo que se parece com um WIMP. A motivação para o nosso trabalho foi tentar encontrar outras explicações para a natureza da matéria escura que seriam experimentalmente pesquisadas de uma forma qualitativamente diferente do WIMP.
"A matéria escura em co-decadência fornece um novo mecanismo para a matéria escura congelar e obter sua abundância de relíquia observada. Aqui, a matéria escura pode congelar no início do universo e obter a abundância correta que observamos hoje. Suas propriedades sugerem que os experimentos atuais iriam não ser sensível a este tipo de matéria escura, mas pode levar a outro, assinaturas experimentais únicas. Além disso, o mecanismo é bastante geral e será realizado em muitas extensões do modelo padrão da física de partículas. "
Como explicam os físicos, uma das maiores diferenças entre o novo mecanismo e os anteriores é que, no novo mecanismo, o setor escuro se desacopla do modelo padrão desde o início, o que faz com que os dois setores fiquem fora de equilíbrio. Esta modificação altera a taxa de decaimento, atrasando o ponto de partida do decaimento, o que faz com que o congelamento comece em momentos posteriores. Em última análise, isso leva a uma densidade menor de matéria escura.
Se a densidade da matéria escura for menor como previsto aqui, então, a fim de coincidir com a abundância de matéria escura observada, a taxa de aniquilação deve ser maior do que nos mecanismos anteriores. A maior taxa de aniquilação pode ser detectada por futuros experimentos de detecção indireta, que poderia distinguir entre os dois cenários.
"Os experimentos de detecção indireta de matéria escura são experimentos que procuram os subprodutos da aniquilação ou decomposição da matéria escura no espaço, "Dror explicou." Os experimentos apontam telescópios ou satélites em regiões onde um grande número de partículas de matéria escura é esperado (por exemplo, o centro das galáxias). Muitas vezes, os subprodutos são fótons (os quanta de luz) que podem ser detectados perto da Terra. Em contraste, experimentos de detecção direta correspondem a esperar que as próprias partículas de matéria escura colidam com partículas em detectores na Terra. A principal vantagem da detecção indireta sobre os métodos de detecção direta é que, embora o último presuma que a matéria escura colidirá frequentemente com o experimento de laboratório, o primeiro não. De fato, este não precisa ser o caso:matéria escura em co-decadência é um excelente exemplo em que os sinais de detecção direta são pequenos, enquanto os sinais de detecção indireta são proeminentes. "
Os pesquisadores planejam explorar essas possibilidades no futuro, e também investigar as propriedades das partículas de matéria escura e como esse tipo de matéria escura pode se encaixar em uma estrutura maior.
"Estamos investigando vários novos efeitos que essa matéria escura pode ter, "Ng disse." Alguns deles ainda estão em andamento, então ainda não estamos prontos para discutir os resultados. Um exemplo de um efeito que estamos explorando são as partículas que são produzidas no LHC, atravessar uma grande distância no detector, e então decair na matéria escura.
"Também estamos estudando realizações explícitas de partículas de matéria escura em co-decomposição. A matéria escura em co-decomposição é uma estrutura para produzir a abundância correta, e novos modelos de física de partículas que realizam a estrutura estão sendo explorados. "
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