Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не следует путать с антивеществом или зеркальной вселенной .

В физике , зеркальная материя , называемая также теневая материя или Алиса материя , является гипотетическим аналогом обычной материи. [1]

Обзор [ править ]

Современная физика имеет дело с тремя основными типами пространственной симметрии : отражением , вращением и переносом . Известные элементарные частицы соблюдают симметрию вращения и трансляции, но не соблюдают симметрию зеркального отражения (также называемую P-симметрией или четностью). Из четырех фундаментальных взаимодействий - электромагнетизма , сильного взаимодействия , слабого взаимодействия и гравитации - только слабое взаимодействие нарушает четность.

Нарушение четности в слабых взаимодействиях было впервые постулировано Цунг Дао Ли и Чен Нинг Янгом [2] в 1956 году как решение загадки τ-θ . 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 позже. [2] [7] [8] Зеркальные частицы взаимодействуют между собой так же, как и обычные частицы, за исключением случаев, когда обычные частицы имеют левостороннее взаимодействие, а зеркальные частицы имеют правостороннее взаимодействие. 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 потенциала 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 потому, что силы между зеркальными частицами опосредуются зеркальными бозонами . За исключением гравитона , ни один из известных бозонов не может быть идентичным своим зеркальным партнерам. Единственный способ взаимодействия зеркальной материи с обычной материей за счет сил, отличных от гравитации, - это кинетическое смешивание зеркальных бозонов с обычными бозонами или обмен частицами Холдома . [11] Эти взаимодействия могут быть только очень слабыми. Поэтому зеркальные частицы были предложены в качестве кандидатов в предполагаемую темную материю во Вселенной. [12] [13] [14][15] [16]

В другом контексте [ какой? ] было высказано предположение, что зеркальная материя приводит к возникновению эффективного механизма Хиггса, ответственного за нарушение электрослабой симметрии . В таком сценарии зеркальные фермионы имеют массы порядка 1 ТэВ, поскольку они взаимодействуют с дополнительным взаимодействием, в то время как некоторые из зеркальных бозонов идентичны обычным калибровочным бозонам . Чтобы подчеркнуть отличие этой модели от вышеперечисленных [ какая? ] эти зеркальные частицы обычно называют катоптронами . [17] [18]

Наблюдательные эффекты [ править ]

Изобилие [ править ]

Зеркальная материя могла быть разбавлена ​​до ненаблюдаемой низкой плотности в эпоху инфляции . Шелдон Глэшоу показал, что если существуют частицы с высокой энергией, которые сильно взаимодействуют как с обычными, так и с зеркальными частицами, радиационные поправки приведут к смешиванию фотонов и зеркальных фотонов . [19] Это смешивание дает зеркальным электрическим зарядам очень небольшой обычный электрический заряд. Другой эффект смешения фотонов с зеркальными фотонами заключается в том, что они вызывают колебания между позитронием и зеркальным позитронием. Позитроний мог затем превратиться в зеркальный позитроний, а затем распасться на зеркальные фотоны.

Смешивание фотонов и зеркальных фотонов может присутствовать на трехуровневых диаграммах Фейнмана или возникать как следствие квантовых поправок из-за наличия частиц, которые несут как обычные, так и зеркальные заряды. В последнем случае квантовые поправки должны исчезнуть на одно- и двухпетлевой диаграммах Фейнмана, в противном случае предсказанное значение параметра кинетического перемешивания будет больше, чем экспериментально допустимое. [19]

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

Темная материя [ править ]

Если зеркальная материя действительно существует в большом количестве во Вселенной и если она взаимодействует с обычной материей посредством фотонно-зеркального фотонного смешения, то это можно было бы обнаружить в экспериментах по прямому обнаружению темной материи, таких как DAMA / NaI и его преемник DAMA / LIBRA . 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 [ править ]

Зеркальное вещество также может быть обнаружено в экспериментах по проникновению электромагнитного поля [23], и это также будет иметь последствия для планетологии [24] [25] и астрофизики. [26]

Головоломка GZK [ править ]

Зеркальная материя также может быть причиной загадки ГЗК . Топологические дефекты в зеркальном секторе могут производить зеркальные нейтрино, которые могут осциллировать в обычные нейтрино. [27] Другой возможный способ избежать ограничения ГЗК - это нейтрон-зеркальные нейтронные осцилляции. [28] [29] [30] [31]

Гравитационные эффекты [ править ]

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 микролинзирования . [32] Можно также ожидать, что у некоторой части звезд есть зеркальные объекты в качестве своих спутников. В таких случаях нужно уметь обнаруживать периодические доплеровские сдвиги в спектре звезды. [15] [ мертвая ссылка ] Есть некоторые намеки на то, что такие эффекты, возможно, уже наблюдались. [33]

См. Также [ править ]

  • Антивещество  - Материал, состоящий из античастиц соответствующих частиц обычной материи.
  • Темная энергия  - неизвестное в космологии свойство, вызывающее ускорение расширения Вселенной.
  • Темная материя  - гипотетическая форма материи, составляющая большую часть материи Вселенной.
  • Гравитационное взаимодействие антивещества  - Теория гравитации на антивеществе
  • Зеркальная жизнь - гипотетическая зеркальная версия нашей жизни, потенциально населяющая зеркальные материальные планеты.
  • Отрицательная энергия
  • Отрицательная масса  - понятие в физических моделях
  • Странная материя  - вырожденная материя из странных кварков.
  • Материя КХД  - теоретические фазы материи, чьи степени свободы включают кварки и глюоны.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Признаки темной материи могут указывать на кандидата в зеркальную материю» .
  2. ^ а б Ли, Т. Д.; Ян, CN (1956). «Вопрос сохранения паритета в слабых взаимодействиях». Физический обзор . 104 (1): 254–258. Bibcode : 1956PhRv..104..254L . DOI : 10.1103 / PhysRev.104.254 . (Опечатка:  Bibcode : 1957PhRv..106.1371L , DOI : 10,1103 / PhysRev.106.1371 )
  3. ^ Ву, CS; Ambler, E .; Хейворд, RW; Hoppes, DD; Хадсон, Р.П. (1957). «Экспериментальный тест сохранения четности при бета-распаде» . Физический обзор . 105 (4): 1413–1415. Bibcode : 1957PhRv..105.1413W . DOI : 10.1103 / PhysRev.105.1413 .
  4. ^ Гарвин, Ричард Л .; Ледерман, Леон М .; Вайнрих, Марсель (1957). "Наблюдения нарушения четности и сопряжения заряда в распадах мезонов: магнитный момент свободного мюона" . Физический обзор . 105 (4): 1415–1417. Bibcode : 1957PhRv..105.1415G . DOI : 10.1103 / PhysRev.105.1415 .
  5. ^ Фридман, Джером I .; Телегди, ВЛ (1957). «Ядерная эмульсия, свидетельствующая о несохранении четности в цепочке распадов π + → μ + → e + ». Физический обзор . 106 (6): 1290–1293. Bibcode : 1957PhRv..106.1290F . DOI : 10.1103 / PhysRev.106.1290 .
  6. ^ Foot, R .; Lew, H .; Волкас, Р.Р. (1991). «Модель с фундаментальной несобственной симметрией пространства-времени». Физика Письма Б . 272 (1–2): 67–70. Bibcode : 1991PhLB..272 ... 67F . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (91) 91013-L .
  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 . DOI : 10.1007 / BF01810695 . S2CID 15736872 . 
  9. ^ Бережиани, Зураб Г .; Мохапатра, Рабиндра Н. (1995). «Согласование нынешних нейтринных головоломок: стерильные нейтрино как зеркальные нейтрино». Physical Review D . 52 (11): 6607–6611. arXiv : hep-ph / 9505385 . Bibcode : 1995PhRvD..52.6607B . DOI : 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 . DOI : 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 : 1983SvA .... 27..371B .
  14. ^ Колб EW, Секел М., Тернер М. (1985). «Теневой мир суперструнных теорий». Природа . 314 (6010): 415–419. Bibcode : 1985Natur.314..415K . DOI : 10.1038 / 314415a0 . S2CID 4353658 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  15. ^ а б Хлопов, М.Ю .; Бескин, GM; Бочкарев Н.Е .; Пуштильник, ЛА; Пуштильник, С.А. (1991). «Наблюдательная физика зеркального мира» (PDF) . Astron. Ж. Акад. АН СССР . 68 : 42–57. Архивировано (PDF) из оригинала 05.06.2011.
  16. ^ Ходжес HM (1993). «Зеркальное отражение барионов как темная материя». Physical Review D . 47 (2): 456–459. Bibcode : 1993PhRvD..47..456H . DOI : 10.1103 / PhysRevD.47.456 . PMID 10015599 . 
  17. ^ Триантафиллу G (2001). «Генерация массы и динамическая роль группы Катоптрон». Современная физика Буква A . 16 (2): 53–62. arXiv : hep-ph / 0010147 . Bibcode : 2001MPLA ... 16 ... 53T . DOI : 10.1142 / S0217732301002274 . S2CID 15689479 . 
  18. ^ Триантафиллу Г., Zoupanos Г. (2000). «Сильно взаимодействующие фермионы из единой калибровочной теории многомерных измерений». Физика Письма Б . 489 (3–4): 420–426. arXiv : hep-ph / 0006262 . Bibcode : 2000PhLB..489..420T . CiteSeerX 10.1.1.347.9373 . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (00) 00942-4 . S2CID 17505679 .  
  19. ^ a b Глэшоу, SL (1986). «Позитроний против зеркальной вселенной». Физика Письма Б . 167 (1): 35–36. Bibcode : 1986PhLB..167 ... 35G . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (86) 90540-X .
  20. ^ Gninenko, SN (2004). «Аппарат для поиска зеркальной темной материи». Международный журнал современной физики А . 19 (23): 3833–3847. arXiv : hep-ex / 0311031 . Bibcode : 2004IJMPA..19.3833G . DOI : 10.1142 / S0217751X04020105 . S2CID 17721669 . 
  21. Перейти ↑ Foot, R. (2004). «Последствия экспериментов DAMA и CRESST для зеркальной темной материи типа материи». Physical Review D . 69 (3): 036001. arXiv : hep-ph / 0308254 . Bibcode : 2004PhRvD..69c6001F . DOI : 10.1103 / PhysRevD.69.036001 . S2CID 14580403 . 
  22. Перейти ↑ Foot, R. (2004). «Согласование положительного сигнала годовой модуляции Дамы с отрицательными результатами эксперимента CDSM II». Современная физика Буква A . 19 (24): 1841–1846. arXiv : astro-ph / 0405362 . Bibcode : 2004MPLA ... 19.1841F . DOI : 10.1142 / S0217732304015051 . S2CID 18243354 . 
  23. ^ Митра, Saibal (2006). «Обнаружение темной материи в экспериментах по проникновению электромагнитного поля». Physical Review D . 74 (4): 043532. arXiv : astro-ph / 0605369 . Bibcode : 2006PhRvD..74d3532M . DOI : 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 . DOI : 10.1016 / S0927-6505 (03) 00119-1 . S2CID 17578958 . 
  25. ^ Павшич, Матей; Силагадзе, ЗК (2001). «Есть ли в нашей солнечной системе зеркальные планеты?». Acta Physica Polonica Б . 32 (7): 2271. arXiv : astro-ph / 0104251 . Bibcode : 2001AcPPB..32.2271F .
  26. ^ Де Анжелис, Алессандро; Боль, Рейнальд (2002). «Улучшенные пределы колебаний скорости фотонов». Современная физика Буква A . 17 (38): 2491–2496. arXiv : astro-ph / 0205059 . Bibcode : 2002MPLA ... 17.2491D . DOI : 10.1142 / S021773230200926X . S2CID 3042840 . 
  27. ^ Березинский, В .; Виленкин, А. (2000). «Нейтрино сверхвысоких энергий от топологических дефектов скрытых секторов». Physical Review D . 62 (8): 083512. arXiv : hep-ph / 9908257 . Bibcode : 2000PhRvD..62h3512B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.62.083512 . S2CID 204936092 . 
  28. ^ Бережиани, Зураб; Бенто, Луис (2006). «Нейтрон-зеркало-нейтронные колебания: насколько они могут быть быстрыми?». Письма с физическим обзором . 96 (8): 081801. arXiv : hep-ph / 0507031 . Bibcode : 2006PhRvL..96h1801B . DOI : 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». Физика Письма Б . 635 (5–6): 253–259. arXiv : hep-ph / 0602227 . Bibcode : 2006PhLB..635..253B . DOI : 10.1016 / j.physletb.2006.03.008 . S2CID 119481860 . 
  30. ^ Мохапатра, RN; Nasri, S .; Нусинов, С. (2005). «Некоторые последствия нейтронного зеркального нейтронного колебания». Физика Письма Б . 627 (1–4): 124–130. arXiv : hep-ph / 0508109 . DOI : 10.1016 / j.physletb.2005.08.101 . S2CID 119028382 . 
  31. ^ Покотиловский, Ю.Н. (2006). «Об экспериментальном поиске осцилляций нейтрон → зеркальный нейтрон». Физика Письма Б . 639 (3–4): 214–217. arXiv : nucl-ex / 0601017 . Bibcode : 2006PhLB..639..214P . DOI : 10.1016 / j.physletb.2006.06.005 . S2CID 16896749 . 
  32. ^ Мохапатра, RN; Теплиц, Вигдор Л. (1999). «Зеркальные Мачо материи». Физика Письма Б . 462 (3–4): 302–309. arXiv : astro-ph / 9902085 . Bibcode : 1999PhLB..462..302M . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (99) 00789-3 . S2CID 119427850 . 
  33. Перейти ↑ Foot, R. (1999). «Зеркальные звезды наблюдались?». Физика Письма Б . 452 (1–2): 83–86. arXiv : astro-ph / 9902065 . Bibcode : 1999PhLB..452 ... 83F . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (99) 00230-0 . S2CID 11374130 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Сборник научных статей по различным аспектам теории зеркальной материи.
  • Зеркало дело статья на h2g2
  • Р. Фут (2004). «Темная материя типа зеркальной материи». Международный журнал современной физики D . 13 (10): 2161–2192. arXiv : astro-ph / 0407623 . Bibcode : 2004IJMPD..13.2161F . DOI : 10.1142 / S0218271804006449 . S2CID  16148721 .
  • Л.Б. Окунь (2007). «Зеркальные частицы и зеркальная материя: 50 лет спекуляций и поисков». Успехи физ . 50 (4): 380–389. arXiv : hep-ph / 0606202 . Bibcode : 2007PhyU ... 50..380O . DOI : 10.1070 / PU2007v050n04ABEH006227 . S2CID  12137927 .
  • З.К. Силагадзе (2001). «Гравитация в ТэВ, зеркальная вселенная и ... динозавры». Acta Physica Polonica Б . 32 (1): 99–128. arXiv : hep-ph / 0002255 . Bibcode : 2001AcPPB..32 ... 99S .