Eines der größten Geheimnisse des Universums befasst sich mit Fragen der Dunklen Materie. Überall auf der Welt werden verschiedene Experimente und Modelle entwickelt, um herauszufinden, was gute Kandidaten für Dunkle Materie sein könnten. Und mit dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz können einige dieser Experimente getestet werden.

Ein Modell, das am LHC getestet werden könnte, wurde von Anupam Mazumdar, einem Wissenschaftler an der Lancaster University in Großbritannien, und seinen Kollegen Rouzbeh Allahverdi an der University of New Mexico in den USA sowie Bhaskar Dutta von Texas A & M entwickelt Universität.

Ihr Modell zeigt, wie Inflation den „Keim für Struktur“ bildet und wie kalte dunkle Materie für „fehlende“ Materie im Universum verantwortlich ist. Drittens erklärt die Inflation des Modells die Neutrinomassen. Die Ergebnisse des Papiers finden sich in "Vereinigung von Inflation und Dunkler Materie mit Neutrinomassen" in Physical Review Letters .

"Wir wissen, dass dunkle Materie existieren muss", sagt Mazumdar gegenüber PhysOrg.com . „Wir sehen seine Einflüsse. Aber es muss sehr schwach mit dem Rest des Universums interagieren. Deshalb sind die rechtshändigen supersymmetrischen Neutrinos - Sneutrinos - ein Kandidat für Dunkle Materie. Die rechtshändigen Sneutrinos erzeugen auch winzige Neutrinomassen, die in der Natur beobachtet werden. “

Mazumdar erklärt auch, dass sich das Universum ausdehnt: „Es unterliegt einer Inflation.“ Mazumdar und seine Kollegen fragten sich, ob es möglich sei, die Inflation an die Massen der Dunklen Materie und der Neutrinos zu binden. "Wir wollten sehen, ob wir diese Dinge in einem Modell zusammenfügen können, das in einem Labor getestet werden kann."

Ein Teil der Herausforderung bei der Zusammenstellung ihres Modells bestand darin, dass in den meisten Standardmodellen, die sich mit dieser Frage befassen, die Werte für das Inflationsfeld von Hand eingegeben werden. Inflatons zeichnen sich durch ganzzahligen Spin aus. „Wir mussten herausfinden, wie man über eine Inflation als Skalarteilchen spricht und versuchen, genau zu identifizieren, was eine Inflation ist“, sagt Mazumdar.

Er erklärt weiter, dass kein einzelnes Teilchen wie eine Inflation wirkt. Stattdessen wird eine Kombination von Partikeln benötigt. "Als wir ein Sneutrino, ein Standard-Higgs-Teilchen und ein supersymmetrisches Lepton kombinierten, stellten wir fest, dass sie sich wie ein Inflaton verhalten, dessen Massen und Kopplungen nicht ad-hoc, sondern durch die aktuellen experimentellen Grenzen gut motiviert und eingeschränkt sind."

"Das Modell zeigt, dass die Inflation, die für das Aufblasen verantwortlich ist, auch für die Neutrinomassen verantwortlich ist. Diese Komponente könnte auch wie dunkle Materie wirken", fährt Mazumdar fort. „Jetzt kann es in Experimenten überprüft werden. Sobald die Eigenschaften des supersymmetrischen Neutrinos gefunden sind, können die testbaren Eigenschaften uns helfen, dunkle Materie zu identifizieren. “

„Wir sind immer auf der Suche nach Beweisen, um die Beobachtung zu untermauern“, betont Mazumdar. „Bisher beruhte die Suche nach 'fehlender' Materie auf kosmischen Mikrowellen-Hintergrundexperimenten. Es wurde angenommen, dass die Inflation nur mit dieser Methode getestet werden kann. Jetzt haben wir ein einfaches Modell vorgeschlagen, mit dem Inflationstests auf der Erde durchgeführt werden können. “

Mazumdar hofft, dass das von ihm und seinen Kollegen entwickelte Modell Ende dieses Jahres oder Anfang nächsten Jahres am LHC getestet werden kann. "Dies könnte die Frage beantworten, warum Neutrinos eine so kleine Masse haben und ob sie ein guter Kandidat für Dunkle Materie und ein Kandidat für Inflaton wären."

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