Një teori e re për origjinën e materies së errët sugjeron se grimca të shpejta, të ngjashme me neutrinot, mund të jenë shkëputur nga grimcat e Modelit Standard shumë më herët sesa kishin sugjeruar teoritë e mëparshme.
Në kërkime të reja të botuara në Physical Review Letters, një ekip i udhëhequr nga Stephen Henrich dhe Keith Olive në Universitetin e Minesotës propozon se ky mekanizëm i “ngrirjes ultra-relativiste” mund të ketë prodhuar grimca të materies së errët që janë pothuajse të padetektueshme, por gjithsesi të përputhshme me historinë e vëzhguar të universit.
Megjithëse përbën rreth 85% të masës totale të universit, materia e errët nuk është parë kurrë të ndërveprojë me materien e zakonshme përveçse përmes gravitetit, duke e bërë origjinën e saj një nga misteret më të qëndrueshme në kozmologji.
Teoritë e hershme dhe ndryshimi i qasjeve
Në vitet 1970, fizikanët besonin gjerësisht se materia e errët mund të përbëhej nga neutrino: grimca shumë të vogla, pa ngarkesë, që janë pjesë e Modelit Standard, por që ndërveprojnë jashtëzakonisht dobët me grimcat e tjera të Modelit Standard.
Ky skenar fillestar i “ngrirjes së nxehtë” do të kishte ndodhur në një epokë të universit të hershëm ku energjia dominohej nga rrezatimi, dhe temperaturat ekstreme bënin që neutrinot fillimisht të ndërvepronin shpesh me grimcat e tjera të Modelit Standard. Ndërsa universi zgjerohej dhe ftohej, neutrinot u shkëputën nga format e tjera të materies duke ruajtur shpejtësitë e tyre ultra-relativiste.
Në vitet 1980, megjithatë, llogaritje të mëtejshme treguan se kjo “materie e errët e nxehtë” do të shpërndante energjinë shumë shpejt në gjithë universin e hershëm, duke zbutur variacionet e dendësisë që kërkohen për formimin e galaktikave të para.
“Që atëherë, ngrirja ultra-relativiste është lënë pothuajse plotësisht mënjanë si një mekanizëm i vlefshëm për prodhimin e materies së errët,” shpjegon Henrich.
“Në vend të saj, grimcat masive dobët-ndërvepruese (WIMP) dhe grimcat shumë dobët-ndërvepruese (FIMP) kanë qenë dy kandidatët dominues për materien e errët.” Të dy këto grimca teorike ekzistojnë përtej Modelit Standard—dhe pavarësisht dekadave kërkime intensive, detektimet e drejtpërdrejta kanë dalë pa rezultat.
Rishikimi i ngrirjes ultra-relativiste
Në studimin e tyre, ekipi i Henrich rishikoi teorinë e ngrirjes ultra-relativiste (UFO)—duke sugjeruar se procesi mund të ketë ndodhur edhe më herët në historinë e universit sesa ishte menduar.
Menjëherë pas Big Bengut, universi filloi të zgjerohej në mënyrë eksponenciale dhe e gjithë energjia e tij përmbahej në një fushë kuantike (inflatonin)—duke ulur ndjeshëm temperaturën. Përmes llogaritjeve të tyre, ekipi sugjeron se UFO mund të ketë ndodhur pak pas fundit të periudhës së inflacionit—gjatë epokës së quajtur “rindërtim” (reheating).
“Gjatë rindërtimit, fusha kuantike përgjegjëse për inflacionin shpërbëhet në grimca rrezatuese të Modelit Standard,” përshkruan Henrich. “Kjo ndryshon në mënyrë drastike mënyrën se si prodhohet materia e errët.”
Nëse materia e errët ultra-relativiste u shkëput nga grimcat e Modelit Standard që në momentin kur ato po formoheshin nga fusha kuantike që drejtonte inflacionin, ekipi sugjeron se kjo materie e errët, megjithëse lindi e nxehtë, do të kishte pasur mjaftueshëm kohë të ftohej gjatë periudhës së dominimit të rrezatimit, në mënyrë që të mos pengonte formimin e galaktikave të hershme.
“Ne gjithashtu treguam se UFO është një regjim i pashmangshëm ndërmjet WIMP dhe FIMP për shumë lloje ndërveprimesh,” shton Henrich. Kjo sugjeron që materia e errët ultra-relativiste do të ndërvepronte edhe më dobët me materien e zakonshme sesa WIMP-et, por jo aq dobët sa FIMP-et.
Përgjegjësitë për zbulimin e materies së errët
Për herë të parë, kjo teori do të shpjegonte pse materia e errët e llojit UFO ka mbetur e papërceptueshme për detektorët tokësorë, ndërsa sërish do të mundësonte formimin e galaktikave të para.
“Meqenëse ne përcaktuam cilat masa të materies së errët dhe cilat fuqira ndërveprimi janë të përputhshme me këtë mekanizëm, mund të jetë e mundur që eksperimentet aktuale ose të ardhshme të zbulimit të materies së errët të gjejnë këtë kategori prej kohësh të neglizhuar të kandidatëve për materie të errët,” thotë Henrich.
