Teori Baru Menyarankan Bahwa Materi Gelap Bisa Menjadi Pengungsi Kosmik Ekstra-Dimensi

Materi gelapzat yang sulit dipahami yang menyumbang sebagian besar massa di alam semesta, mungkin terdiri dari partikel masif yang disebut graviton yang pertama kali muncul pada saat pertama setelah Dentuman Besar.

Dan partikel hipotetis ini mungkin pengungsi kosmik dari dimensi ekstra, menurut sebuah teori baru.

Perhitungan para peneliti mengisyaratkan bahwa partikel-partikel ini bisa saja dibuat dalam jumlah yang tepat untuk dijelaskan materi gelapyang hanya dapat “dilihat” melalui tarikan gravitasinya pada materi biasa.

“Graviton masif dihasilkan oleh tumbukan partikel biasa di alam semesta awal.

Proses ini diyakini terlalu langka bagi graviton masif untuk menjadi kandidat materi gelap,” kata rekan penulis studi Giacomo Cacciapaglia, seorang fisikawan di University of Lyon di Prancis, kepada Live Science.

Namun dalam sebuah studi baru yang diterbitkan pada bulan Februari di jurnal Surat Tinjauan FisikCacciapaglia, bersama dengan fisikawan Universitas Korea Haiying Cai dan Seung J. Lee, menemukan bahwa cukup banyak graviton ini dibuat di Alam Semesta awal untuk menjelaskan semua materi gelap yang saat ini kita deteksi di Semesta.

Graviton, jika ada, akan memiliki massa kurang dari 1 megaelektronvolt (MeV), jadi tidak lebih dari dua kali massa elektron, studi tersebut menemukan.

Tingkat massa ini jauh di bawah skala di mana Higgs boson menghasilkan massa untuk materi biasa – yang merupakan kunci model untuk menghasilkan cukup massa untuk menjelaskan semua materi gelap di Semesta. (Sebagai perbandingan, partikel paling ringan yang diketahui, neutrinoberatnya kurang dari 2 elektronvolt, sedangkan proton beratnya kira-kira 940 MeV, menurut Institut Standar dan Teknologi Nasional.)

Tim menemukan graviton hipotetis ini saat berburu bukti dimensi ekstra, yang diduga oleh beberapa fisikawan ada di samping tiga dimensi ruang yang diamati dan dimensi keempat, waktu.

Dalam teori tim, kapan gravitasi menyebar melalui dimensi ekstra, itu terwujud di alam semesta kita sebagai graviton masif.

Tetapi partikel-partikel ini hanya akan berinteraksi secara lemah dengan materi biasa, dan hanya melalui gaya gravitasi.

Deskripsi ini sangat mirip dengan apa yang kita ketahui tentang materi gelap, yang tidak berinteraksi dengan cahaya namun memiliki pengaruh gravitasi yang terasa di mana-mana di Semesta. Pengaruh gravitasi ini, misalnya, yang mencegah galaksi-galaksi terbang terpisah.

“Keuntungan utama graviton masif sebagai partikel materi gelap adalah bahwa mereka hanya berinteraksi secara gravitasi, sehingga mereka dapat lolos dari upaya untuk mendeteksi keberadaan mereka,” kata Cacciapaglia.

Sebaliknya, kandidat materi gelap lain yang diusulkan – seperti partikel masif yang berinteraksi lemah, axion, dan neutrino – mungkin juga dirasakan oleh interaksi mereka yang sangat halus dengan kekuatan dan medan lain.

Fakta bahwa graviton masif hampir tidak berinteraksi melalui gravitasi dengan partikel dan gaya lain di Semesta menawarkan keuntungan lain.

“Karena interaksi mereka yang sangat lemah, mereka meluruh begitu lambat sehingga mereka tetap stabil selama masa alam semesta,” kata Cacciapaglia, “Untuk alasan yang sama, mereka perlahan-lahan diproduksi selama perluasan Alam Semesta dan terakumulasi di sana hingga hari ini.”

Di masa lalu, fisikawan mengira graviton bukanlah kandidat materi gelap karena proses yang menciptakannya sangat jarang. Akibatnya, graviton akan tercipta pada tingkat yang jauh lebih rendah daripada partikel lain.

Tetapi tim menemukan bahwa dalam picosecond (triliun detik) setelah Dentuman Besarlebih banyak graviton ini akan tercipta daripada yang disarankan oleh teori-teori sebelumnya.

Peningkatan ini cukup untuk graviton masif untuk sepenuhnya menjelaskan jumlah materi gelap yang kami deteksi di alam semesta, studi tersebut menemukan.

“Peningkatan itu memang mengejutkan,” kata Cacciapaglia. “Kami harus melakukan banyak pemeriksaan untuk memastikan bahwa hasilnya benar, karena ini menghasilkan perubahan paradigma dalam cara kami menganggap graviton masif sebagai kandidat materi gelap yang potensial.”

Karena graviton masif terbentuk di bawah skala energi Higgs bosonmereka dibebaskan dari ketidakpastian yang terkait dengan skala energi yang lebih tinggi, yang tidak dijelaskan dengan baik oleh fisika partikel saat ini.

Teori tim menghubungkan fisika yang dipelajari di akselerator partikel seperti Collider Hadron Besar dengan fisika gravitasi.

Ini berarti bahwa akselerator partikel yang kuat seperti Future Circular Collider di CERN, yang akan mulai beroperasi pada tahun 2035, dapat mencari bukti partikel materi gelap potensial ini.

“Mungkin tembakan terbaik yang kita miliki adalah pada penumbuk partikel presisi tinggi di masa depan,” kata Cacciapaglia. “Ini adalah sesuatu yang sedang kami selidiki.”

Artikel ini awalnya diterbitkan oleh Ilmu Langsung. Membaca artikel asli disini.