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这项研究利用量子色动力学模拟探索了受限暗区的相变

物理学 2022-09-29 23:59:28

由Phys的Ingrid Fadelli创作

(同organic)有机 一级相变阶段的象征性演示

低能态的气泡在空间的任意点成核

如果它们的尺寸大于临界尺寸,它们将膨胀而不是收缩

膨胀的气泡壁推动暗夸克(黑点)向前,最终将它们挤压在高能相的口袋里

夸克不能进入中性能量阶段,因为它们携带彩色电荷

因此,他们被迫从黑暗重子中湮灭

暗重子是净色电荷为零的三种夸克态

这些暗重子离开收缩的口袋,组成了今天宇宙的暗物质

在每个口袋中,只有少量重子存活下来,这些重子在口袋中没有足够的反粒子来与之湮灭,这导致在每个收缩的口袋中有一个小的偶然暗物质对暗反物质的不对称

信用:Asadi等人

麻省理工学院、耶路撒冷希伯来大学和俄亥俄州立大学的研究人员最近进行了一项研究,考察了一级相变在含有重暗夸克的封闭暗区中的可能影响

通过计算机模拟,他们表明在几种情况下,这种转变可能会导致暗物质丰度的大幅减少

他们的分析结果发表在《物理评论快报》上

进行这项研究的研究人员之一朱里·斯米尔诺夫告诉《物理》杂志,“我们的工作建立在大量文献的基础上,这些文献从爱德华·威滕的一篇开创性论文开始,研究早期宇宙中有限的相变。”

(同organic)有机

“当威滕写他的论文时,非阿贝尔理论的动力学并没有像今天这样被很好地理解,这种发展是由于高性能计算的大量进步

" 虽然威滕在他的论文中描述的场景不适用于标准模型描述的强大力量,但理论上,一个只包含重夸克的暗物质板块会以他在工作中描述的方式运行

然而,以前研究重夸克暗扇区时忽略了相变的影响,这最终导致了不正确的结论

文献中的这一空白启发了斯米尔诺夫和他的同事们进行了一项新的研究,专门研究了重夸克暗扇区中一阶相变的可能影响

他们的工作得益于以前没有的模拟工具的出现

“事实上,来自所谓的胶子理论的计算(晶格QCD)模拟的数据现在是可用的,这使得我们可以使用热力学的方法来理解在这样一个系统中会发生什么定性的事情,”斯米尔诺夫说

“利用单位体积释放的热量输入量以及气泡壁表面张力,我们能够描述受限相(能量上有利的相)的气泡如何成核和膨胀,占据整个空间

" 暗重子是一种复合暗扇形粒子

它类似于标准模型中子,它的颜色电荷中性是基于它有三种类型的暗夸克颜色(红色、绿色、蓝色)

颜色名称的选择使得可以类比已知的现象,即三种颜色(r,g,b)组合成白色,类比颜色电荷中性

这种结构的一个吸引人的特点是,就像质子在标准模型中存在很长时间一样,这种复合暗物质状态受到这种电荷分配的保护而不会衰变

如果我们想描述一种在宇宙时间尺度上稳定的新型物质,这当然是一个令人满意的特征

信用:Asadi等人

通过对胶子理论的模拟,斯米尔诺夫和他的同事们能够证明,在广泛的场景中,特别是暗物质由于守恒量(所谓的暗重子数)而长寿的情况下,暗物质丰度的显著减少是不可避免的

这通常会导致暗物质质量比之前预测的大几个数量级

“我们的发现表明,我们可能需要重新思考寻找这种重粒子的策略,”斯米尔诺夫说

“我们的计算非常笼统,仅微弱地依赖于理论的细节,例如暗物质和可见物质相互作用的确切类型

" 有趣的是,研究人员揭示的机制也适用于与他们研究的场景相关的不同场景

更具体地说,它也可以应用于可以形成深色致密物体的情况

比萨大学的另一组研究人员在一篇论文中探索了这种可能性,该论文基于最近的工作

因此,这项研究可以作为探索重夸克暗区和其他相关情况下相变的新研究的基础

在接下来的研究中,研究人员计划进一步研究用重夸克来限制暗区,特别是探索暗男爵和已知粒子之间的相互作用可能是什么样子

这些工作的结果可能最终为开发寻找暗物质的替代策略铺平道路

“我们的工作,通过预测非常重的暗物质,让我们可以提出以下问题:如果暗物质与我们的世界没有微弱的相互作用,但只是很少相互作用,会怎么样?”斯米尔诺夫说

“换句话说,如果暗物质粒子非常重,它们将很难被发现,只是因为它们在宇宙中的数量密度很低,即使它们与我们的物质的相互作用是实质性的

这个问题可能导致不同的搜索策略,例如基于表面或空间的暗物质探测器,而不是地下搜索,因为足够强的相互作用粒子不会以足以触发信号的速度到达地下探测器

"

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