⚛️ Eine "Spiegelwelt" zur Erklärung des Rätsels der dunklen Materie

Das Universum birgt noch viele Geheimnisse, und unter ihnen bleibt die dunkle Materie eines der faszinierendsten. Diese unsichtbare Substanz macht den größten Teil der kosmischen Materie aus, beeinflusst die Rotation von Galaxien und die großräumige Struktur des Kosmos, ohne dass man genau weiß, woraus sie besteht.

Die jüngsten Arbeiten von Professor Stefano Profumo von der University of California in Santa Cruz liefern neue Erkenntnisse über ihre möglichen Ursprünge, indem sie auf gut etablierte, aber bis an die Grenzen ausgereizte physikalische Theorien zurückgreifen.


In einer ersten Studie, die in Physical Review D veröffentlicht wurde, untersucht Profumo die Hypothese eines "verborgenen Sektors" des Universums, einer Art Spiegelwelt mit eigenen Teilchen und Kräften, die für uns unsichtbar ist, aber den gleichen physikalischen Gesetzen gehorcht.

Inspiriert von der Quantenchromodynamik, die beschreibt, wie Quarks in Protonen und Neutronen gebunden sind, postuliert dieses Szenario die Existenz von "dunklen Quarks" und "dunklen Gluonen", die massive zusammengesetzte Teilchen bilden. Unter bestimmten primordialen Bedingungen könnten diese gravitativ zu winzigen stabilen Schwarzen Löchern kollabieren und so die dunkle Materie erklären, ohne dass neue exotische, nachweisbare Teilchen erforderlich wären.

Eine zweite Studie desselben Autors, ebenfalls in Physical Review D erschienen, befasst sich mit einem anderen Mechanismus: der Erzeugung dunkler Materie durch die beschleunigte Expansion des frühen Universums. Profumo verwendet die Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit, um zu zeigen, dass der kosmische Horizont, analog zu dem eines Schwarzen Lochs, während einer Phase schneller Expansion stabile Teilchen "abgestrahlt" haben könnte.

Dieser rein gravitative Ansatz beruht auf keiner angenommenen Wechselwirkung mit gewöhnlicher Materie und bietet einen Bereich möglicher Massen für die dunkle Materie, der die konventionellen Modelle bereichert, die unter dem Druck negativer experimenteller Ergebnisse stehen.

Diese beiden Theorien, obwohl spekulativ, fügen sich in eine Forschungstradition an der UC Santa Cruz ein, wo die Vernetzung von Theorie und Beobachtung seit langem geschätzt wird. Profumo betont, dass sie in bekannten physikalischen Theorien wie Eichtheorien oder der allgemeinen Relativitätstheorie verankert bleiben, während sie neue Perspektiven eröffnen, um Teilchenphysik mit kosmologischen Phänomenen zu verbinden.

Die Implikationen dieser Arbeiten könnten tiefgreifend sein, da sie testbare Rahmenbedingungen für künftige kosmologische Beobachtungen und Experimente der Hochenergiephysik bieten. Indem er gewagte aber berechenbare Ideen erforscht, möchte der Forscher unser Verständnis des dunklen Universums voranbringen, ohne auf ad-hoc-Hypothesen zurückzugreifen und unter Einhaltung der grundlegenden Prinzipien der Wissenschaft.