Lustrzana sprawa

Nie mylić z antymaterią , lustrzanym życiem lub lustrzanym wszechświatem .

W fizyce materia lustrzana , zwana także materią cienia lub materią Alicji , jest hipotetycznym odpowiednikiem zwykłej materii .

Przegląd

symetrii przestrzennej : odbiciem , rotacją i translacją . Znane cząstki elementarne przestrzegają symetrii rotacji i translacji, ale nie respektują symetrii odbicia lustrzanego (zwanej także symetrią P lub parzystością). Z czterech podstawowych oddziaływań — elektromagnetyzmu , oddziaływań silnych , oddziaływań słabych i grawitacji — tylko oddziaływanie słabe narusza parytet.

Naruszenie parzystości w oddziaływaniach słabych zostało po raz pierwszy postulowane przez Tsunga Dao Lee i Chen Ning Yanga w 1956 roku jako rozwiązanie zagadki τ-θ . Zasugerowali szereg eksperymentów, aby sprawdzić, czy słaba interakcja jest niezmienna przy parzystości. Eksperymenty te przeprowadzono pół roku później i potwierdziły one, że oddziaływania słabe znanych cząstek naruszają parzystość.

Jednak symetrię parzystości można przywrócić jako podstawową symetrię natury, jeśli zawartość cząstek zostanie powiększona, tak aby każda cząsteczka miała lustrzanego partnera. Teoria w jej nowoczesnej formie została opisana w 1991 roku, chociaż podstawowa idea sięga dalej. Cząsteczki lustrzane oddziałują między sobą w taki sam sposób, jak zwykłe cząstki, z wyjątkiem przypadków, gdy zwykłe cząstki oddziałują lewoskrętnie, cząstki lustrzane oddziałują prawoskrętnie. W ten sposób okazuje się, że symetria lustrzanego odbicia może istnieć jako dokładna symetria natury, pod warunkiem, że dla każdej zwykłej cząstki istnieje cząstka „lustrzana”. Parzystość może również zostać spontanicznie złamana w zależności od potencjał Higgsa . Podczas gdy w przypadku nieprzerwanej symetrii parzystości masy cząstek są takie same jak ich partnerów lustrzanych, w przypadku symetrii zerwanej parzystości partnerzy lustrzani są lżejsi lub ciężsi.

Lustrzana materia, jeśli istnieje, oddziałuje słabo ze zwykłą materią. Dzieje się tak, ponieważ w siłach między cząstkami lustrzanymi pośredniczą bozony lustrzane . Z wyjątkiem grawitonu , żaden ze znanych bozonów nie może być identyczny z ich lustrzanymi partnerami. Jedynym sposobem, w jaki materia lustrzana może oddziaływać ze zwykłą materią za pomocą sił innych niż grawitacja, jest kinetyczne mieszanie bozonów lustrzanych ze zwykłymi bozonami. Te interakcje mogą być tylko bardzo słabe. Cząsteczki lustrzane zostały zatem zasugerowane jako kandydaci na wywnioskowaną ciemną materię we wszechświecie.

W innym kontekście [ który? ] Zaproponowano, aby materia lustrzana dała początek skutecznemu mechanizmowi Higgsa odpowiedzialnemu za łamanie elektrosłabej symetrii . W takim scenariuszu lustrzane fermiony mają masy rzędu 1 TeV, ponieważ oddziałują z dodatkową interakcją, podczas gdy niektóre bozony lustrzane są identyczne z normalnymi bozonami cechowania . Aby podkreślić odrębność tego modelu od powyższych, [ który? ] te cząstki lustrzane są zwykle nazywane katoptronami.

Efekty obserwacyjne

Obfitość

Lustrzana materia mogła zostać rozcieńczona do nieobserwowalnie niskich gęstości w epoce inflacji . Sheldon Glashow wykazał, że jeśli istnieją cząstki o wysokiej skali energetycznej, które silnie oddziałują zarówno z cząstkami zwykłymi, jak i lustrzanymi, poprawki radiacyjne doprowadzą do mieszania się fotonów i fotonów lustrzanych. To mieszanie powoduje nadanie lustrzanym ładunkom elektrycznym bardzo małego zwykłego ładunku elektrycznego. Innym skutkiem mieszania fotonu z fotonem lustrzanym jest indukowanie oscylacji między pozytonem i lustrzany pozyton. Pozyton mógłby następnie przekształcić się w lustrzany pozyton, a następnie rozpaść się na lustrzane fotony.

Mieszanie fotonów i fotonów lustrzanych może być obecne na diagramach Feynmana na poziomie drzewa lub wynikać z poprawek kwantowych z powodu obecności cząstek, które przenoszą zarówno ładunki zwykłe, jak i lustrzane. W tym drugim przypadku poprawki kwantowe muszą zniknąć na diagramach Feynmana na poziomie jednej i dwóch pętli, w przeciwnym razie przewidywana wartość parametru mieszania kinetycznego byłaby większa niż dopuszczalna eksperymentalnie.

Eksperyment mający na celu zmierzenie tego efektu planowano w listopadzie 2003 roku.

Ciemna materia

Jeśli materia lustrzana istnieje we Wszechświecie w dużych ilościach i jeśli oddziałuje ze zwykłą materią poprzez mieszanie fotonów i fotonów lustrzanych, można to wykryć w eksperymentach z bezpośrednią detekcją ciemnej materii, takich jak DAMA/NaI i jego następca DAMA / LIBRA . W rzeczywistości jest to jeden z niewielu kandydatów na ciemną materię, który może wyjaśnić pozytywny sygnał ciemnej materii DAMA/NaI, będąc jednocześnie spójnym z zerowymi wynikami innych eksperymentów z ciemną materią.

Efekty elektromagnetyczne

Materia lustrzana może być również wykrywana w eksperymentach z penetracją pola elektromagnetycznego, co miałoby również konsekwencje dla planetologii i astrofizyki.

Układanka GZK

Lustrzana materia może być również odpowiedzialna za zagadkę GZK . Defekty topologiczne w sektorze zwierciadeł mogą wytwarzać neutrina lustrzane, które mogą oscylować do zwykłych neutrin. Innym możliwym sposobem uniknięcia wiązania GZK są oscylacje neutronów w lustrze neutronowym.

Efekty grawitacyjne

Jeśli materia lustrzana jest obecna we wszechświecie w wystarczającej ilości, można wykryć jej efekty grawitacyjne. Ponieważ materia lustrzana jest analogiczna do zwykłej materii, należy się spodziewać, że ułamek materii lustrzanej istnieje w postaci lustrzanych galaktyk, lustrzanych gwiazd, lustrzanych planet itp. Obiekty te można wykryć za pomocą mikrosoczewkowania grawitacyjnego . Można by się również spodziewać, że niektórym ułamkom gwiazd towarzyszą obiekty lustrzane. W takich przypadkach powinno być możliwe wykrycie okresowych przesunięć Dopplera w widmie gwiazdy. Istnieją pewne wskazówki, że takie efekty mogły już zostać zaobserwowane.

Oscylacje od neutronu do lustrzanego neutronu

Neutrony, które są elektrycznie obojętnymi cząstkami zwykłej materii, mogą oscylować w swoim lustrzanym partnerze, lustrzanym neutronie. Ostatnio prowadzone eksperymenty poszukiwały neutronów znikających w lustrzanym świecie. Większość eksperymentów nie wykazała żadnego sygnału, a zatem dała ograniczenia szybkości przejścia do stanu lustrzanego, jeden artykuł twierdził, że sygnały. Obecne badania poszukują sygnałów, w których przyłożone pole magnetyczne dostosowuje poziom energii neutronu do świata lustrzanego. Ta różnica energii może być interpretowana ze względu na a lustrzane pole magnetyczne obecne w lustrzanym świecie lub różnica masy neutronu i jego lustrzanego partnera. Takie przejście do świata lustrzanego mogłoby również rozwiązać zagadkę życia neutronów. Eksperymenty poszukujące oscylacji neutronów lustrzanych trwają w źródle UCN Instytutu Paula Scherrera w Szwajcarii, Institut Laue-Langevin we Francji oraz w źródle neutronów w Spallation w USA.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mirror_matter&oldid=1121754320 ”