Materia dello specchio - Mirror matter
In fisica , la materia specchio , chiamata anche materia ombra o materia di Alice , è un'ipotetica controparte della materia ordinaria.
Panoramica
La fisica moderna si occupa di tre tipi fondamentali di simmetria spaziale : riflessione , rotazione e traslazione . Le particelle elementari note rispettano la simmetria di rotazione e traslazione ma non rispettano la simmetria di riflessione speculare (detta anche P-simmetria o parità). Delle quattro interazioni fondamentali - elettromagnetismo , interazione forte , interazione debole e gravità - solo l'interazione debole rompe la parità.
La violazione della parità nelle interazioni deboli fu postulata per la prima volta da Tsung Dao Lee e Chen Ning Yang nel 1956 come soluzione al puzzle τ-θ . Hanno suggerito una serie di esperimenti per verificare se l'interazione debole è invariante rispetto alla parità. Questi esperimenti sono stati eseguiti sei mesi dopo e hanno confermato che le interazioni deboli delle particelle note violano la parità.
Tuttavia, la simmetria di parità può essere ripristinata come simmetria fondamentale della natura se il contenuto di particelle viene ingrandito in modo che ogni particella abbia un partner specchio. La teoria nella sua forma moderna è stata descritta nel 1991, anche se l'idea di base risale a più indietro. Le particelle specchio interagiscono tra loro allo stesso modo delle particelle ordinarie, eccetto dove le particelle ordinarie hanno interazioni levogire, le particelle specchio hanno interazioni destrorse. In questo modo, si scopre che la simmetria di riflessione speculare può esistere come un'esatta simmetria della natura, a condizione che esista una particella "specchio" per ogni particella ordinaria. La parità può anche essere rotta spontaneamente a seconda del potenziale di Higgs . Mentre nel caso della simmetria di parità ininterrotta le masse delle particelle sono le stesse dei loro partner specchio, in caso di simmetria di parità rotta i partner specchio sono più leggeri o più pesanti.
La materia specchio, se esiste, dovrebbe usare la forza debole per interagire con la materia ordinaria. Questo perché le forze tra le particelle specchio sono mediate dai bosoni specchio . Ad eccezione del gravitone , nessuno dei bosoni conosciuti può essere identico ai loro partner specchio. L'unico modo in cui la materia specchio può interagire con la materia ordinaria tramite forze diverse dalla gravità è tramite la miscelazione cinetica dei bosoni specchio con i bosoni ordinari o tramite lo scambio di particelle Holdom . Queste interazioni possono essere solo molto deboli. Le particelle specchio sono state quindi suggerite come candidate per la materia oscura dedotta nell'universo.
In un altro contesto, è stato proposto che la materia specchio dia origine a un efficace meccanismo di Higgs responsabile della rottura della simmetria elettrodebole . In tale scenario, i fermioni specchio hanno masse dell'ordine di 1 TeV poiché interagiscono con un'interazione aggiuntiva, mentre alcuni dei bosoni specchio sono identici ai normali bosoni di gauge . Per sottolineare la distinzione di questo modello da quelli sopra, queste particelle specchio sono solitamente chiamate katoptron .
Effetti osservativi
Abbondanza
La materia dello specchio potrebbe essere stata diluita a densità inosservabilmente basse durante l' epoca dell'inflazione . Sheldon Glashow ha mostrato che se su una scala ad alta energia esistono particelle che interagiscono fortemente sia con le particelle ordinarie che con quelle speculari, le correzioni radiative porteranno a un mescolamento tra fotoni e fotoni specchio . Questa miscelazione ha l'effetto di dare alle cariche elettriche dello specchio una carica elettrica ordinaria molto piccola. Un altro effetto della miscelazione fotone-fotone specchio è che induce oscillazioni tra positronio e positronio specchio. Il positronio potrebbe quindi trasformarsi in positronio specchio e poi decadere in fotoni specchio.
La miscelazione tra fotoni e fotoni specchio potrebbe essere presente nei diagrammi di Feynman a livello di albero o nascere come conseguenza di correzioni quantistiche dovute alla presenza di particelle che trasportano sia cariche ordinarie che speculari. In quest'ultimo caso, le correzioni quantistiche devono scomparire ai diagrammi di Feynman a uno e due loop, altrimenti il valore previsto del parametro di miscelazione cinetica sarebbe maggiore di quanto consentito sperimentalmente.
Attualmente è in fase di progettazione un esperimento per misurare questo effetto.
Materia oscura
Se la materia specchio esiste in grande abbondanza nell'universo e se interagisce con la materia ordinaria tramite la miscelazione di fotoni specchio-fotone, allora questo potrebbe essere rilevato in esperimenti di rilevamento diretto della materia oscura come DAMA/NaI e il suo successore DAMA/LIBRA . In effetti, è uno dei pochi candidati alla materia oscura che può spiegare il segnale positivo della materia oscura DAMA/NaI pur essendo coerente con i risultati nulli di altri esperimenti sulla materia oscura.
Effetti elettromagnetici
La materia specchio potrebbe essere rilevata anche negli esperimenti di penetrazione del campo elettromagnetico e ci sarebbero conseguenze anche per la scienza planetaria e l'astrofisica.
GZK puzzle
La materia dello specchio potrebbe anche essere responsabile del puzzle GZK . Difetti topologici nel settore degli specchi potrebbero produrre neutrini specchio che possono oscillare in neutrini ordinari. Un altro modo possibile per eludere il legame GZK è tramite oscillazioni neutrone-specchio di neutroni.
Effetti gravitazionali
Se la materia specchio è presente nell'universo con sufficiente abbondanza, è possibile rilevare i suoi effetti gravitazionali. Poiché la materia specchio è analoga alla materia ordinaria, è quindi prevedibile che una frazione della materia specchio esista sotto forma di galassie specchio, stelle specchio, pianeti specchio, ecc. Questi oggetti possono essere rilevati utilizzando la microlente gravitazionale . Ci si aspetterebbe anche che alcune frazioni di stelle abbiano oggetti specchio come compagni. In tali casi si dovrebbe essere in grado di rilevare spostamenti Doppler periodici nello spettro della stella. Ci sono alcuni indizi che tali effetti potrebbero essere già stati osservati.
Guarda anche
- Antimateria – Materiale composto da antiparticelle delle corrispondenti particelle della materia ordinaria
- Energia oscura – Proprietà sconosciuta in cosmologia che fa accelerare l'espansione dell'universo.
- Materia oscura - Ipotetica forma di materia che comprende la maggior parte della materia nell'universo
- Interazione gravitazionale dell'antimateria – teoria della gravità sull'antimateria
- Mirror life - Ipotetica versione speculare della nostra vita. Non coinvolge particelle esotiche.
- Energia negativa – Concetto in fisica
- Massa negativa – Concetto nei modelli fisici
- Materia strana – Materia degenerata composta da quark strani
- Materia QCD – Fasi teorizzate della materia i cui gradi di libertà includono quark e gluoni
Riferimenti
link esterno
- Una raccolta di articoli scientifici su vari aspetti della teoria della materia specchio
- Articolo sulla questione dello specchio su h2g2
- R. Piede (2004). "Materia oscura di tipo specchio". Giornale internazionale di fisica moderna D . 13 (10): 2161-2192. arXiv : astro-ph/0407623 . Bibcode : 2004IJMPD..13.2161F . doi : 10.1142/S0218271804006449 . S2CID 16148721 .
- LB Okun (2007). "Particelle specchio e materia specchio: 50 anni di speculazioni e ricerche". Fisica-Uspekhi . 50 (4): 380-389. arXiv : hep-ph/0606202 . Bibcode : 2007PhyU...50..380O . doi : 10.1070/PU2007v050n04ABEH006227 . S2CID 12137927 .
- ZK Silagadze (2001). "Gravità in scala TeV, universo a specchio e ... dinosauri". Acta Physica Polonica B . 32 (1): 99-128. arXiv : hep-ph/0002255 . Bibcode : 2001AcPPB..32...99S .