Эту статью необходимо обновить . Пожалуйста , помогите обновить эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Июнь 2019 )
В физике зеркальная материя , также называемая теневой материей или материей Алисы , является гипотетическим аналогом обычной материи. [1]
Нарушение четности в слабых взаимодействиях впервые было постулировано Цунг Дао Ли и Чэнь Нин Яном [2] в 1956 году как решение головоломки τ -θ . В консультации с физиком-экспериментатором Цзянь-Шюн У был предложен ряд возможностей для проверки того, является ли слабое взаимодействие фактически инвариантным относительно четности. Одно из предложений группы включало мониторинг распада кобальта-60 ,
чтобы определить, были ли испускаемые им электроны излучаемы изотропно, как два гамма-луча. Ву провела этот эксперимент в Национальном бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, после девяти месяцев работы. Вопреки большинству ожиданий, в декабре 1956 года она и ее команда наблюдали анизотропное электронное излучение, доказав, что слабые взаимодействия известных частиц нарушают четность. [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Однако симметрия четности может быть восстановлена как фундаментальная симметрия природы, если увеличить содержание частиц так, чтобы у каждой частицы был зеркальный партнер. Теория в ее современной форме была описана в 1991 году, [9] хотя основная идея восходит к более раннему времени. [2] [10] [11] Зеркальные частицы взаимодействуют между собой так же, как и обычные частицы, за исключением случаев, когда обычные частицы имеют левосторонние взаимодействия, зеркальные частицы имеют правосторонние взаимодействия. Таким образом, оказывается, что симметрия зеркального отражения может существовать как точная симметрия природы, при условии, что для каждой обычной частицы существует «зеркальная» частица. Четность также может быть спонтанно нарушена в зависимости от потенциала Хиггса . [12] [13] В то время как в случае ненарушенной симметрии четности массы частиц такие же, как и у их зеркальных партнеров, в случае нарушенной симметрии четности зеркальные партнеры легче или тяжелее.
Зеркальная материя, если она существует, будет слабо взаимодействовать по силе с обычной материей. Это происходит потому, что силы между зеркальными частицами опосредуются зеркальными бозонами . За исключением гравитона , ни один из известных бозонов не может быть идентичен своим зеркальным партнерам. Единственный способ, которым зеркальная материя может взаимодействовать с обычной материей посредством сил, отличных от гравитации, — это кинетическое смешивание зеркальных бозонов с обычными бозонами. Эти взаимодействия могут быть только очень слабыми. Поэтому зеркальные частицы были предложены в качестве кандидатов на предполагаемую темную материю во Вселенной. [14] [15] [16] [17] [18]
В другом контексте [19] было предложено, что зеркальная материя приводит к эффективному механизму Хиггса, ответственному за нарушение электрослабой симметрии . В таком сценарии зеркальные фермионы приобретают массы порядка 1 ТэВ, поскольку они взаимодействуют с дополнительным калибровочным взаимодействием, не только становясь сильными вокруг характерного масштаба энергии электрослабых взаимодействий, но и будучи теоретически объединенными со взаимодействиями Стандартной модели при большей калибровочной симметрии вблизи шкалы энергии Планка. Чтобы подчеркнуть отличие этой модели от вышеприведенных, [14] [15] [16] [17] [18] эти зеркальные частицы обычно называют катоптронами [19] [20] [21] в контексте модели катоптрона, и ожидается, что они распадутся до частиц Стандартной модели вскоре после их создания.
Наблюдаемые эффекты
Избыток
Зеркальная материя могла быть разбавлена до ненаблюдаемо низких плотностей в эпоху инфляции . Шелдон Глэшоу показал, что если в некотором масштабе высоких энергий существуют частицы, которые сильно взаимодействуют как с обычными, так и с зеркальными частицами, радиационные поправки приведут к смешиванию между фотонами и зеркальными фотонами. [22] Это смешивание имеет эффект придания зеркальным электрическим зарядам очень малого обычного электрического заряда. Другим эффектом смешивания фотона с зеркальным фотоном является то, что оно вызывает колебания между позитронием и зеркальным позитронием. Затем позитроний может превратиться в зеркальный позитроний, а затем распасться на зеркальные фотоны.
Смешивание между фотонами и зеркальными фотонами может присутствовать в диаграммах Фейнмана древовидного уровня или возникать как следствие квантовых поправок из-за присутствия частиц, которые несут как обычные, так и зеркальные заряды. В последнем случае квантовые поправки должны исчезать на диаграммах Фейнмана одно- и двухпетлевого уровня, в противном случае предсказанное значение кинетического параметра смешивания будет больше, чем экспериментально допускается. [22]
Эксперимент по измерению этого эффекта планировался в ноябре 2003 года. [23]
Темная материя
Если зеркальная материя действительно существует в больших количествах во Вселенной и если она взаимодействует с обычной материей посредством смешивания фотонов и зеркальных фотонов, то это может быть обнаружено 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, при этом оставаясь в соответствии с нулевыми результатами других экспериментов по темной материи. [24] [25]
Электромагнитные эффекты
Зеркальная материя также может быть обнаружена в экспериментах по проникновению электромагнитного поля [26], и это также будет иметь последствия для планетарной науки [27] [28] и астрофизики. [29]
Головоломка ГЗК
Зеркальная материя также может быть ответственна за загадку ГЗК [ сломанный якорь ] . Топологические дефекты в зеркальном секторе могут производить зеркальные нейтрино, которые могут осциллировать до обычных нейтрино. [30] Другой возможный способ обойти границу ГЗК — это нейтронно-зеркальные нейтронные осцилляции. [31] [32] [33] [34]
Гравитационные эффекты
Если зеркальная материя присутствует во Вселенной в достаточном количестве, то ее гравитационные эффекты могут быть обнаружены. Поскольку зеркальная материя аналогична обычной материи, то следует ожидать, что часть зеркальной материи существует в форме зеркальных галактик, зеркальных звезд, зеркальных планет и т. д. Эти объекты могут быть обнаружены с помощью гравитационного микролинзирования . [35] Можно также ожидать, что некоторая часть звезд имеет зеркальные объекты в качестве своих компаньонов. В таких случаях можно было бы обнаружить периодические доплеровские сдвиги в спектре звезды. [17] Есть некоторые намеки на то, что такие эффекты, возможно, уже наблюдались. [36]
Осцилляции нейтрона в зеркально-нейтронный
Нейтроны, которые являются электрически нейтральными частицами обычной материи, могут колебаться в своем зеркальном партнере, зеркальном нейтроне. [37] Недавние эксперименты искали нейтроны, исчезающие в зеркальном мире. Большинство экспериментов не обнаружили сигнала и, следовательно, дали ограничения на скорости перехода в зеркальное состояние, [38] [39] [40] [41] одна статья утверждала, что сигналы. [42] Текущие исследования ищут сигналы, когда приложенное магнитное поле корректирует уровень энергии нейтрона в зеркальном мире. [43] [44] Эта разница в энергии может быть интерпретирована из-за зеркального магнитного поля, присутствующего в зеркальном мире, или разницы масс нейтрона и его зеркального партнера. [45] Такой переход в зеркальный мир также мог бы решить загадку времени жизни нейтрона. [46]
^ Zyga, Lisa (2010-04-27). «Признаки темной материи могут указывать на кандидата в зеркальные материи». Phys.org . Архивировано из оригинала 2015-10-11 . Получено 2023-11-24 .
^ ab Lee, TD ; Yang, CN (1956). «Вопрос сохранения четности в слабых взаимодействиях». Physical Review . 104 (1): 254– 258. Bibcode :1956PhRv..104..254L. doi : 10.1103/PhysRev.104.254 .(Исправление: Bibcode :1957PhRv..106.1371L, doi :10.1103/PhysRev.106.1371)
^ Wu, CS ; Ambler, E.; Hayward, RW; Hoppes, DD; Hudson, RP (1957). «Экспериментальная проверка сохранения четности при бета-распаде». Physical Review . 105 (4): 1413– 1415. Bibcode : 1957PhRv..105.1413W. doi : 10.1103/PhysRev.105.1413 .
^ Гарвин, Ричард Л.; Ледерман, Леон М.; Вайнрих, Марсель (1957). «Наблюдения за нарушением сохранения четности и зарядового сопряжения в распадах мезонов: магнитный момент свободного мюона». Physical Review . 105 (4): 1415– 1417. Bibcode :1957PhRv..105.1415G. doi : 10.1103/PhysRev.105.1415 .
^ Фридман, Джером И.; Телегди, В. Л. (1957). «Ядерные эмульсионные доказательства несохранения четности в цепочке распада π + →μ + →e + ». Physical Review . 106 (6): 1290– 1293. Bibcode : 1957PhRv..106.1290F. doi : 10.1103/PhysRev.106.1290.
^ Чианг, Цай-Чиен (2014). Мадам Цзянь-Шиунг У: Первая леди физических исследований . World Scientific. стр. 136–137 . ISBN978-981-4374-84-2.
^ Wu, CS (1973). Maglich, B. (ред.). Adventures in Experimental Physics . Vol. Gamma. Princeton, NJ: World Science Communications. стр. 101–123 . ASIN B000ITLM9Q.
^ Ли, ТД (2006). «Новый взгляд на старые проблемы». arXiv : hep-ph/0605017 .
^ Фут, Р.; Лью, Х.; Волкас, Р. Р. (1991). «Модель с фундаментальными несобственными симметриями пространства-времени». Physics Letters B. 272 ( 1– 2 ): 67– 70. Bibcode :1991PhLB..272...67F. doi :10.1016/0370-2693(91)91013-L.
^ Кобзарев, И.; Окунь, Л.; Померанчук, И. (1966). «О возможности наблюдения зеркальных частиц». Советский журнал ядерной физики . 3 : 837.
^ 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.
^ Бережиани, Зураб Г.; Мохапатра, Рабиндра Н. (1995). «Примирение загадок настоящего нейтрино: 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.
^ Фут, Роберт; Лью, Генри; Волкас, Рэймонд Роберт (2000). «Несломанный зеркальный мир против сломанного: история двух вакуумов». 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.
^ ab Блинников, СИ; Хлопов, М.Ю. (1982). «О возможных эффектах «зеркальных» частиц». Советский журнал ядерной физики . 36 : 472.
^ ab Блинников, СИ; Хлопов, М. Ю. (1983). «Возможные астрономические эффекты зеркальных частиц». Сов. Астрон . 27 : 371– 375. Bibcode :1983SvA....27..371B.
^ ab Kolb, EW; Seckel, M.; Turner, MS (1985). «Теневой мир теорий суперструн». Nature . 314 (6010): 415– 419. Bibcode :1985Natur.314..415K. doi :10.1038/314415a0. S2CID 4353658.
^ abc Хлопов, М.Ю.; Бескин, генеральный директор; Бочкарев Н.Е.; Пуштильник, Луизиана; Пуштильник С.А. (1991). «Наблюдательная физика зеркального мира» (PDF) . Астрон. Ж. Акад. Наук СССР . 68 : 42–57 . Архивировано (PDF) из оригинала 5 июня 2011 г.
^ ab Hodges, HM (1993). «Зеркальные барионы как темная материя». Physical Review D. 47 ( 2): 456– 459. Bibcode :1993PhRvD..47..456H. doi :10.1103/PhysRevD.47.456. PMID 10015599.
^ ab Triantaphyllou, G. (2001). "Mass generation and the dynamical role of the Katoptron group". Modern Physics Letters A . 16 (2): 53– 62. arXiv : hep-ph/0010147 . Bibcode :2001MPLA...16...53T. doi :10.1142/S0217732301002274. S2CID 15689479.
^ Triantaphyllou, G.; Zoupanos, G. (2000). «Сильно взаимодействующие фермионы из единой калибровочной теории более высокой размерности». Physics Letters B. 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.
^ Triantaphyllou, G. (2016). «Зеркальные мезоны на Большом адронном коллайдере (LHC)». Electronic Journal of Theoretical Physics . 13 (35): 115– 144. arXiv : 1609.03404 . Получено 2024-02-07 .
^ ab Glashow, SL (1986). «Позитроний против зеркальной вселенной». Physics Letters B. 167 ( 1): 35– 36. Bibcode : 1986PhLB..167...35G. doi : 10.1016/0370-2693(86)90540-X.
^ Гниненко, СН (2004). «Прибор для поиска зеркальной темной материи». International Journal of Modern Physics A. 19 ( 23): 3833– 3847. arXiv : hep-ex/0311031 . Bibcode : 2004IJMPA..19.3833G. doi : 10.1142/S0217751X04020105. S2CID 17721669.
^ Фут, Р. (2004). "Последствия экспериментов DAMA и CRESST для темной материи типа зеркальной материи". Physical Review D. 69 ( 3): 036001. arXiv : hep-ph/0308254 . Bibcode : 2004PhRvD..69c6001F. doi : 10.1103/PhysRevD.69.036001. S2CID 14580403.
^ Фут, Р. (2004). «Согласование положительного сигнала годовой модуляции Дама с отрицательными результатами эксперимента CDSM II». Modern Physics Letters A. 19 ( 24): 1841– 1846. arXiv : astro-ph/0405362 . Bibcode : 2004MPLA...19.1841F. doi : 10.1142/S0217732304015051. S2CID 18243354.
^ Митра, Сайбал (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.
^ Фут, Р.; Митра, С. (2003). «Зеркальная материя в солнечной системе: новые доказательства зеркальной материи с Эроса». Astroparticle Physics . 19 (6): 739– 753. arXiv : astro-ph/0211067 . Bibcode : 2003APh....19..739F. doi : 10.1016/S0927-6505(03)00119-1. S2CID 17578958.
^ Фут, Р.; Силагадзе, ЗК (2001). «Существуют ли зеркальные планеты в нашей солнечной системе?». Acta Physica Polonica B. 32 ( 7): 2271. arXiv : astro-ph/0104251 . Bibcode : 2001AcPPB..32.2271F.
^ Де Анджелис, Алессандро; Пейн, Рейнальд (2002). «Улучшенные пределы колебаний скорости фотона». Modern Physics Letters A. 17 ( 38): 2491– 2496. arXiv : astro-ph/0205059 . Bibcode : 2002MPLA...17.2491D. doi : 10.1142/S021773230200926X. S2CID 3042840.
^ Березинский, В.; Виленкин, А. (2000). "Нейтрино сверхвысоких энергий из топологических дефектов скрытого сектора". Physical Review D. 62 ( 8): 083512. arXiv : hep-ph/9908257 . Bibcode : 2000PhRvD..62h3512B. doi : 10.1103/PhysRevD.62.083512. S2CID 204936092.
^ Абель, К.; Эйрес, Нью-Джерси; Бан, Г.; Бисон, Г.; Бодек, К.; Бондарь, В.; и др. (январь 2021 г.). «Поиск осцилляций нейтрона в зеркально-нейтронный». Physics Letters B . 812 : 135993. arXiv : 2009.11046 . doi :10.1016/j.physletb.2020.135993. S2CID 228076358.
^ Серебров, АП; Александров, ЕБ; Доватор, НА; Дмитриев, СП; Фомин, АК; Гельтенборт, П.; и др. (Май 2008). «Экспериментальный поиск нейтронных – зеркальных нейтронных осцилляций с использованием хранения ультрахолодных нейтронов». Physics Letters B . 663 (3): 181– 185. arXiv : 0706.3600 . Bibcode :2008PhLB..663..181S. doi :10.1016/j.physletb.2008.04.014. S2CID 119132581.
^ Altarev, I.; Baker, CA; Ban, G.; Bodek, K.; Daum, M.; Fierlinger, P.; et al. (2009-08-17). "Осцилляции нейтрона в зеркально-нейтронный в присутствии зеркальных магнитных полей". Physical Review D. 80 ( 3): 032003. arXiv : 0905.4208 . Bibcode : 2009PhRvD..80c2003A. doi : 10.1103/PhysRevD.80.032003. ISSN 1550-7998. S2CID 7423799.
^ Бережиани, З.; Бионди, Р.; Гельтенборт, П.; Краснощекова И.А.; Варламов В.Е.; Васильев А.В.; Жеребцов О.М. (01.09.2018). «Новые экспериментальные пределы нейтронно-зеркальных нейтронных колебаний в присутствии зеркального магнитного поля». Европейский физический журнал C . 78 (9): 717. arXiv : 1712.05761 . Бибкод : 2018EPJC...78..717B. doi : 10.1140/epjc/s10052-018-6189-y. ISSN 1434-6044. S2CID 119250376.
^ Ayres, NJ; Berezhiani, Z.; Biondi, R.; Bison, G.; Bodek, K.; Bondar, V.; et al. (2021-10-31). "Улучшенный поиск осцилляций нейтронов в зеркально-нейтронных в присутствии зеркальных магнитных полей с помощью специального аппарата на источнике ультрахолодных нейтронов PSI". Симметрия . 14 (3): 503. arXiv : 2111.02794 . Bibcode :2022Symm...14..503A. doi : 10.3390/sym14030503 .
^ ab Broussard, LJ; Bailey, KM; Bailey, WB; Barrow, JL; Berry, K.; Blose, A.; et al. (2019). "Новый поиск регенерации зеркальных нейтронов". EPJ Web of Conferences . 219 : 07002. arXiv : 1912.08264 . Bibcode : 2019EPJWC.21907002B. doi : 10.1051/epjconf/201921907002. ISSN 2100-014X. S2CID 209405136.
^ ab "Поиск темной материи". PSI Center for Neutron and Muon Sciences (psi.ch) . Лаборатория физики элементарных частиц. Филлиген и Вюренлинген, Швейцария: Институт Пауля Шеррера .
^ Бережиани, Зураб (2019-06-10). "Загадка времени жизни нейтрона и осцилляция нейтрона – зеркального нейтрона". The European Physical Journal C . 79 (6): 484. arXiv : 1807.07906 . Bibcode :2019EPJC...79..484B. doi :10.1140/epjc/s10052-019-6995-x. ISSN 1434-6052. S2CID 119232602.
^ Леви, Дон (26 июля 2019 г.). «Лиа Бруссард: Разрушение Стандартной модели для исправления понимания Вселенной» (пресс-релиз). Ок-Ридж, Теннесси: Национальная лаборатория Ок-Риджа – через neutrons.ornl.gov.
Внешние ссылки
smitra (ред.). «Зеркало» (библиография) – через zeelandnet.nl/smitra.— Коллекция рефератов научных статей и медиассылок по различным аспектам теории зеркальной материи.