Problm tmavej skrytej hmoty Mystrium odolvajce odhaleniu Peter

Problém tmavej (skrytej) hmoty Mystérium odolávajúce odhaleniu (Peter Čerňanský)

Podstata objavu tmavej hmoty • Naznačenie existencie z astronomických pozorovaní • Normálna hmota (baryónová) pozostáva z protónov a neutrónov (asi 15%) • Zvyšok, jej zloženie je tajomstvom, je predpovedaný gravitačnými dynamickými účinkami

Ako sa prišlo na problém tmavej hmoty? • Meraním rýchlosti rotácie súčasti galaxie v závislosti od vzdialenosti od centra • Pri stacionárnej rotácii danej súčasti vo vzdialenosti r od centra musí byť intenzita poľa E rovná dostredivému zrýchleniu

• Pri sféricky symetrickom rozložení hmoty • Vychádzame pritom z Gaussovho zákona, ktorý tvrdí, že tok intenzity gravitačného poľa cez uzavretú plochu je úmerný veľkosti hmotnosti uzavretej vnútri plochy.

• Vezmime si 2 prípady: (i) • Potom a porovnaním s dostredivým zrýchlením dostaneme

To zodpovedá rotácii tuhého telesa, kde platí: Prejdime teraz k druhému prípadu (ii) Celá hmotnosť je vnútri malého objemu v centre (o polomere r 0). Potom pre r > r 0 :

A porovnaním s dostredivým zrýchlením resp. Podobne, ako pre planéty v slnečnej sústave

Graf rýchlosti rotácie v závislosti od r:

Reálna závislosť z meraní:

Rýchlosť rotácie pre M 31

Vysvetlenie meraných závislostí • Reálny graf napovedá, že v galaxiách ich periféria obsahuje príliš veľa hmotnosti, dokonca aj za ich viditeľným okrajom! • Napr. pre našu Galaxiu je svietiaca hmota asi 2. 1011 Mo, ale dynamicky určená najmenej 5 -krát väčšia.

Dva druhy skrytej hmoty • Nesúlad medzi žiarivou a dynamickou hmotnosťou aj pre kopy galaxií • Dva druhy skrytej hmoty: 1. Hmota skoro rovnomerne rozptýlená v galaxiách 2. Hmota, rovnomerne prestupujúca celý vesmír (pravdep. slabo interagujúca)

Iné indície • Dnes sú známe aj priamejšie potvrdenia existencie skrytej hmoty 1. druhu cez gravitačnú hmotnosť pomocou gravitačných šošoviek – takto určená hmotnosť galaxií zodpovedá dynamickej hmotnosti • Druhý druh je podporený kozmologickými úvahami – hypotéza inflácie: ρk

Možnosť delenia • Horúca – neutrínové reliktové žiarenie T< 2 K nemáme zatiaľ možnosť merania • Teplá – gravitína • Studená – axióny, neutralína, z ranného obdobia vesmíru pochádzajúce čierne diery a niektoré superťažké častice • Zvláštna skupina (3. druh) – zodpovedá za nenulovú kozmologickú konštantu, tzv. Quintessentia. Prejavuje sa záporným tlakom. Príslučné kvantá poľa: skalárne, veľmi slabá interakcia s bežnými časticami

Ako sa v teórii objavujú také exotické častice? • Diracova rovnica opisuje elektrón-pozitrónové pole • Vychádza z Lagrangiánu £ = iψ*. γα. δαΨ - mΨ*Ψ Tento Lagrangián je invariantný voči transformácii

• Uvažujme, že a je závislé od x. Potom nový Lagrangián nie je invariantný voči transformáciám tzv. kalibračným

• Minimálna modifikácia Lagrangiánu tak, aby bol voči kalibračným transformáciám invariantný: a žiadame, aby sa veličiny Aα transformovali Teória si teda vyžiadala zavedenie nového poľa A, ktoré je v Diracovej teórii interpretované ako elektromagnetické pole

Spontánne narušenie symetrie • Predstavme si Lagrangián • Tento je invariantný voči transformácii:

Graf potenciálu:

• Pole vyjadrené relatívne k Φ 0 už nie je invariantné voči predchádzajúcej zámene • V novom Lagrangiáne sa však objaví nový člen, zodpovedajúci hmotnej častici • Narušenie globálnej symetrie vedie k „vzniku“ nehmotných bozónov (Goldsteinových). Porušenie kalibračnej symetrie im dodá hmotnosť • Axióny – CP symetria, etc.

Na záver • Vzhľadom na „exotičnosť“ skrytej hmoty (aspoň v prípade 2. druhu) je prirodzené, že sa hľadajú jej exotické vysvetlenia. • Problém pri týchto vysvetleniach stále zostáva v deficite experimentálneho overenia predpovedí (p). • Skrytá hmota súvisiaca s kozmologickým členom – nové pokusy cez novú teóriu gravitácie.