Зеркальное дело - Mirror matter

Не путать с антивещество или же зеркало вселенной.

В физика, зеркало материи, также называемый теневая материя или же Алиса имеет значение, является гипотетическим аналогом обычного вещества.[1]

Обзор

Современная физика имеет дело с тремя основными типами пространственного симметрия: отражение, вращение, и перевод. Известный элементарные частицы соблюдать симметрию вращения и сдвига, но не уважать симметрия зеркального отражения (также называется P-симметрией или четностью). Из четыре фундаментальных взаимодействия —электромагнетизм, то сильное взаимодействие, то слабое взаимодействие, и сила тяжести - только слабое взаимодействие нарушает четность.

Нарушение четности в слабых взаимодействиях впервые было постулировано Цунг Дао Ли и Чен Нин Ян[2] в 1956 году как решение τ-θ загадка. Они предложили ряд экспериментов, чтобы проверить, инвариантно ли слабое взаимодействие относительно четности. Эти эксперименты были проведены через полгода и подтвердили, что слабые взаимодействия известных частиц нарушают четность.[3][4][5]

Однако симметрия четности может быть восстановлена ​​как фундаментальная симметрия природы, если содержание частиц увеличено так, чтобы каждая частица имела зеркального партнера. Теория в ее современном виде была описана в 1991 г.[6] хотя основная идея возникла еще раньше.[2][7][8] Зеркальные частицы взаимодействуют между собой так же, как и обычные частицы, за исключением случаев, когда обычные частицы имеют левые взаимодействия, а зеркальные частицы имеют правые взаимодействия. Таким образом, оказывается, что симметрия зеркального отражения может существовать как точная симметрия природы при условии, что «зеркальная» частица существует для каждой обычной частицы. Четность также может быть спонтанно нарушена в зависимости от Потенциал Хиггса.[9][10] В то время как в случае симметрии с ненарушенной четностью массы частиц такие же, как у их зеркальных партнеров, в случае нарушенной симметрии по четности зеркальные партнеры легче или тяжелее.

Зеркальная материя, если она существует, должна использовать слабую силу для взаимодействия с обычной материей. Это связано с тем, что силы между зеркальными частицами опосредуются зеркальными бозоны. За исключением гравитон, ни один из известных бозонов не может быть идентичным своим зеркальным партнерам. Единственный способ взаимодействия зеркальной материи с обычной материей посредством сил, отличных от гравитации, - это кинетическое перемешивание зеркальных бозонов с обычными бозонами или за счет обмена Частицы холдома.[11] Эти взаимодействия могут быть только очень слабыми. Поэтому зеркальные частицы были предложены в качестве кандидатов на предполагаемое темная материя во вселенной.[12][13][14][15][16]

В другом контексте[который? ], зеркальная материя была предложена для создания эффективного Механизм Хиггса ответственный за нарушение электрослабой симметрии. В таком сценарии зеркало фермионы имеют массы порядка 1 ТэВ, поскольку взаимодействуют с дополнительным взаимодействием, а часть зеркальных бозоны идентичны обычному датчику бозоны. Чтобы подчеркнуть отличие этой модели от вышеперечисленных[который? ]эти зеркальные частицы обычно называют катоптроны.[17][18]

Наблюдательные эффекты

Избыток

Зеркальное вещество могло быть разбавлено до незаметно низкой плотности во время инфляция эпоха. Шелдон Глэшоу показал, что если на каком-то высоком уровне энергии существуют частицы, которые сильно взаимодействуют как с обычными, так и с зеркальными частицами, радиационные поправки приведет к смешению между фотоны и зеркальные фотоны.[19] Это смешивание приводит к тому, что электрические заряды зеркал становятся очень маленькими обычными электрическими зарядами. Другой эффект смешивания фотон-зеркальный фотон состоит в том, что оно вызывает колебания между позитроний и зеркальный позитроний. Позитроний мог затем превратиться в зеркальный позитроний, а затем распасться на зеркальные фотоны.

Смешивание фотонов и зеркальных фотонов может присутствовать на уровне дерева. Диаграммы Фейнмана или возникают как следствие квантовых поправок из-за наличия частиц, несущих как обычные, так и зеркальные заряды. В последнем случае квантовые поправки должны исчезнуть на одно- и двухпетлевых диаграммах Фейнмана, в противном случае предсказанное значение параметра кинетического перемешивания было бы больше, чем допускается экспериментально.[19]

В настоящее время планируется эксперимент по измерению этого эффекта.[20]

Темная материя

Если зеркальная материя действительно существует в больших количествах во Вселенной и если она взаимодействует с обычной материей посредством фотонно-зеркального фотонного смешения, то это может быть обнаружено в экспериментах по прямому обнаружению темной материи, таких как DAMA / NaI и его преемник ДАМА / ВЕСЫ. Фактически, это один из немногих кандидатов на темную материю, который может объяснить положительный сигнал темной материи DAMA / NaI, в то же время согласуясь с нулевыми результатами других экспериментов с темной материей.[21][22]

Электромагнитные эффекты

Зеркальное вещество также может быть обнаружено в экспериментах по проникновению электромагнитного поля.[23] и будут последствия для планетологии[24][25] и астрофизика.[26]

ГЗК пазл

Зеркальная материя также может быть причиной ГЗК пазл. Топологические дефекты в зеркальном секторе могут образовываться зеркальные нейтрино, которые могут колебаться в обычные нейтрино.[27] Другой возможный способ избежать ограничения ГЗК - нейтронно-зеркальные нейтронные осцилляции.[28][29][30][31]

Гравитационные эффекты

Если зеркальное вещество присутствует во Вселенной в достаточном количестве, то его гравитационные эффекты могут быть обнаружены. Поскольку зеркальная материя аналогична обычной материи, следует ожидать, что часть зеркальной материи существует в виде зеркальных галактик, зеркальных звезд, зеркальных планет и т. Д. Эти объекты могут быть обнаружены с помощью гравитационного микролинзирование.[32] Можно также ожидать, что у некоторой части звезд есть зеркальные объекты в качестве своих спутников. В таких случаях следует уметь обнаруживать периодические Доплеровские сдвиги в спектре звезды.[15][мертвая ссылка ] Есть некоторые намеки на то, что такие эффекты уже могли наблюдаться.[33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Признаки темной материи могут указывать на кандидата в зеркальную материю».
  2. ^ а б Ли, Т. Д .; Ян, К. Н. (1956). «Вопрос сохранения паритета в слабых взаимодействиях». Физический обзор. 104 (1): 254–258. Bibcode:1956ПхРв..104..254Л. Дои:10.1103 / PhysRev.104.254. (Ошибка:Bibcode:1957ПхРв..106.1371Л, Дои:10.1103 / PhysRev.106.1371 )
  3. ^ Wu, C. S .; Ambler, E .; Hayward, R.W .; Hoppes, D. D .; Хадсон, Р. П. (1957). «Экспериментальный тест сохранения четности при бета-распаде». Физический обзор. 105 (4): 1413–1415. Bibcode:1957ПхРв..105.1413Вт. Дои:10.1103 / PhysRev.105.1413.
  4. ^ Гарвин, Ричард Л .; Ледерман, Леон М .; Вайнрих, Марсель (1957). "Наблюдения нарушения четности и сопряжения зарядов в распадах мезонов: магнитный момент свободного мюона". Физический обзор. 105 (4): 1415–1417. Bibcode:1957ПхРв..105.1415Г. Дои:10.1103 / PhysRev.105.1415.
  5. ^ Фридман, Джером I .; Телегди, В. Л. (1957). «Ядерная эмульсия, свидетельствующая о несохранении четности в цепочке распадов π.+→ μ+→ е+". Физический обзор. 106 (6): 1290–1293. Bibcode:1957ПхРв..106.1290Ф. Дои:10.1103 / PhysRev.106.1290.
  6. ^ Foot, R .; Lew, H .; Volkas, R.R. (1991). «Модель с фундаментальной несобственной симметрией пространства-времени». Письма по физике B. 272 (1–2): 67–70. Bibcode:1991ФЛБ..272 ... 67Ф. Дои:10.1016 / 0370-2693 (91) 91013-Л.
  7. ^ Кобзарев, И .; Окунь, Л .; Померанчук, И. (1966). «О возможности наблюдения зеркальных частиц». Советский журнал ядерной физики. 3: 837.
  8. ^ Павшич, Матей (1974). «Внешняя инверсия, внутренняя инверсия и инвариантность отражения». Международный журнал теоретической физики. 9 (4): 229–244. arXiv:hep-ph / 0105344. Bibcode:1974IJTP .... 9..229P. Дои:10.1007 / BF01810695. S2CID  15736872.
  9. ^ Бережиани, Зураб Г .; Мохапатра, Рабиндра Н. (1995). «Согласование нынешних нейтринных головоломок: стерильные нейтрино как зеркальные нейтрино». Физический обзор D. 52 (11): 6607–6611. arXiv:hep-ph / 9505385. Bibcode:1995ПхРвД..52.6607Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.52.6607. PMID  10019200. S2CID  11306189.
  10. ^ Фут, Роберт; Лью, Генри; Волкас, Раймонд Роберт (2000). «Неразбитый мир против разбитого зеркала: рассказ о двух вакуумах». Журнал физики высоких энергий. 2000 (7): 032. arXiv:hep-ph / 0006027. Bibcode:2000JHEP ... 07..032F. Дои:10.1088/1126-6708/2000/07/032. S2CID  11013856.
  11. ^ "H2g2 - Mirror Matter: The Invisible Universe".
  12. ^ Блинников, С. И .; Хлопов, М.Ю. (1982). «О возможных эффектах« зеркальных »частиц». Советский журнал ядерной физики. 36: 472.
  13. ^ Блинников, С. И .; Хлопов, М.Ю. (1983). «Возможные астрономические эффекты зеркальных частиц». Сов. Astron. 27: 371–375. Bibcode:1983СвА .... 27..371Б.
  14. ^ Кольб Э. В., Секель М., Тернер М. С. (1985). «Теневой мир суперструнных теорий». Природа. 314 (6010): 415–419. Bibcode:1985Натура.314..415K. Дои:10.1038 / 314415a0. S2CID  4353658.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  15. ^ а б Хлопов, М.Ю .; Бескин, Г. М .; Бочкарев, Н.Е .; Пуштильник, Л. А .; Пуштильник, С.А. (1991). «Наблюдательная физика зеркального мира» (PDF). Astron. Ж. Акад. АН СССР. 68: 42–57. В архиве (PDF) из оригинала от 05.06.2011.
  16. ^ Ходжес Х. М. (1993). «Зеркальное отражение барионов как темной материи». Физический обзор D. 47 (2): 456–459. Bibcode:1993ПхРвД..47..456Х. Дои:10.1103 / PhysRevD.47.456. PMID  10015599.
  17. ^ Triantaphyllou G (2001). «Генерация массы и динамическая роль группы Катоптрон». Буквы A по современной физике. 16 (2): 53–62. arXiv:hep-ph / 0010147. Bibcode:2001MPLA ... 16 ... 53 зуб.. Дои:10.1142 / S0217732301002274. S2CID  15689479.
  18. ^ Триантафиллу Г., Зупанос Г. (2000). «Сильно взаимодействующие фермионы из единой калибровочной теории многомерных измерений». Письма по физике B. 489 (3–4): 420–426. arXiv:hep-ph / 0006262. Bibcode:2000ФЛБ..489..420Т. CiteSeerX  10.1.1.347.9373. Дои:10.1016 / S0370-2693 (00) 00942-4. S2CID  17505679.
  19. ^ а б Глэшоу, С. (1986). «Позитроний против зеркальной вселенной». Письма по физике B. 167 (1): 35–36. Bibcode:1986ФЛБ..167 ... 35Г. Дои:10.1016 / 0370-2693 (86) 90540-Х.
  20. ^ Гниненко, С. Н. (2004). «Аппарат для поиска зеркальной темной материи». Международный журнал современной физики A. 19 (23): 3833–3847. arXiv:hep-ex / 0311031. Bibcode:2004IJMPA..19.3833G. Дои:10.1142 / S0217751X04020105. S2CID  17721669.
  21. ^ Фут Р. (2004). «Последствия экспериментов DAMA и CRESST для зеркальной темной материи типа материи». Физический обзор D. 69 (3): 036001. arXiv:hep-ph / 0308254. Bibcode:2004PhRvD..69c6001F. Дои:10.1103 / PhysRevD.69.036001. S2CID  14580403.
  22. ^ Фут Р. (2004). «Согласование положительного сигнала годовой модуляции Дамы с отрицательными результатами эксперимента CDSM II». Буквы A по современной физике. 19 (24): 1841–1846. arXiv:Astro-ph / 0405362. Bibcode:2004MPLA ... 19.1841F. Дои:10.1142 / S0217732304015051. S2CID  18243354.
  23. ^ Митра, Сайбал (2006). «Обнаружение темной материи в экспериментах по проникновению электромагнитного поля». Физический обзор D. 74 (4): 043532. arXiv:astro-ph / 0605369. Bibcode:2006ПхРвД..74д3532М. Дои:10.1103 / PhysRevD.74.043532. S2CID  119497509.
  24. ^ Foot, R .; Митра, С. (2003). «Зеркальное вещество в солнечной системе: новое свидетельство существования зеркального вещества с Эроса». Физика астрономических частиц. 19 (6): 739–753. arXiv:Astro-ph / 0211067. Bibcode:2003APh .... 19..739F. Дои:10.1016 / S0927-6505 (03) 00119-1. S2CID  17578958.
  25. ^ Павшич, Матей; Силагадзе, З. К. (2001). «Есть ли в нашей солнечной системе зеркальные планеты?». Acta Physica Полоника B. 32 (7): 2271. arXiv:Astro-ph / 0104251. Bibcode:2001AcPPB..32.2271F.
  26. ^ Де Анжелис, Алессандро; Боль, Рейнальд (2002). «Улучшенные пределы колебаний скорости фотонов». Буквы A по современной физике. 17 (38): 2491–2496. arXiv:Astro-ph / 0205059. Bibcode:2002MPLA ... 17.2491D. Дои:10.1142 / S021773230200926X. S2CID  3042840.
  27. ^ Березинский, В .; Виленкин, А. (2000). «Нейтрино сверхвысоких энергий от топологических дефектов скрытых секторов». Физический обзор D. 62 (8): 083512. arXiv:hep-ph / 9908257. Bibcode:2000ПхРвД..62х3512Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.62.083512. S2CID  204936092.
  28. ^ Бережиани, Зураб; Бенто, Луис (2006). «Нейтрон-зеркало-нейтронные колебания: насколько они могут быть быстрыми?». Письма с физическими проверками. 96 (8): 081801. arXiv:hep-ph / 0507031. Bibcode:2006ПхРвЛ..96х1801Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.96.081801. PMID  16606167. S2CID  2171296.
  29. ^ Бережиани, Зураб; Бенто, Луис (2006). «Быстрые нейтроны – зеркальные нейтронные колебания и космические лучи сверхвысоких энергий». Письма по физике B. 635 (5–6): 253–259. arXiv:hep-ph / 0602227. Bibcode:2006ФЛБ..635..253Б. Дои:10.1016 / j.physletb.2006.03.008. S2CID  119481860.
  30. ^ Mohapatra, R.N .; Nasri, S .; Нусинов, С. (2005). «Некоторые последствия нейтронного зеркального нейтронного колебания». Письма по физике B. 627 (1–4): 124–130. arXiv:hep-ph / 0508109. Дои:10.1016 / j.physletb.2005.08.101. S2CID  119028382.
  31. ^ Покотиловский, Ю.Н. (2006). «Об экспериментальном поиске осцилляций нейтрон → зеркальный нейтрон». Письма по физике B. 639 (3–4): 214–217. arXiv:nucl-ex / 0601017. Bibcode:2006ФЛБ..639..214П. Дои:10.1016 / j.physletb.2006.06.005. S2CID  16896749.
  32. ^ Mohapatra, R. N .; Теплиц, Вигдор Л. (1999). «Зеркальные Мачо материи». Письма по физике B. 462 (3–4): 302–309. arXiv:Astro-ph / 9902085. Bibcode:1999ФЛБ..462..302М. Дои:10.1016 / S0370-2693 (99) 00789-3. S2CID  119427850.
  33. ^ Фут Р. (1999). «Зеркальные звезды наблюдались?». Письма по физике B. 452 (1–2): 83–86. arXiv:Astro-ph / 9902065. Bibcode:1999ФЛБ..452 ... 83Ф. Дои:10.1016 / S0370-2693 (99) 00230-0. S2CID  11374130.

внешняя ссылка