KkkkkKkkkk

WeaklyInteractingMassiveParticles

Ivana Horvat

UvodUvod

tamna materija tamna materija

Šta objašnjavamo tamnom Šta objašnjavamo tamnom materijom?materijom?– velikevelike strukture strukture– Rotacione krive galaksijaRotacione krive galaksija

Dve komponente: Dve komponente: – barionbarionskaska: BBN teorija ~4%: BBN teorija ~4%– NebarionNebarionskaska ~25% ~25%

n NebarionNebarionskaska: topla i hladna: topla i hladna– TOPLATOPLA – neutrini: kompjuterske simulacije – neutrini: kompjuterske simulacije

nisu u saglasnosti sa teorijom tm nisu u saglasnosti sa teorijom tm – Nisu dovoljno masivni – Lyman-alpha šuma - Ω<0.016 jako mali

procenat TM!!!

Dakle: šta nam preostaje?? Hladna tamna materija!!!!

Zašto HLADNA tamna Zašto HLADNA tamna materija??materija??

– Zbog formiranja velikih struktura– CMB -izrazita homogenost– Hladna - tromija

Bilo koji kandidat za CDM mora da zadovoljava sledece uslove:

– Interakcija sa EM poljem slaba ili nikakva– Poprilična reliktna gustina– Stabilne čestice –nije došlo da raspada od

vremena ranog univerzuma

WWeakeak IInteractingnteracting MMassive assive

PParticlearticless (: (: Hipotetičke čestice Hipotetičke čestice ALI :ALI :

Najubedljiviji kandidat za nebarionsku tamnu Najubedljiviji kandidat za nebarionsku tamnu materijumateriju

Interakcija : samo slaba nuklearna ili Interakcija : samo slaba nuklearna ili gravitacionagravitaciona

Neinteraguju putem elektromagnetne sile – Neinteraguju putem elektromagnetne sile – razlog zbog kog su tamni i ne uočavamo ih razlog zbog kog su tamni i ne uočavamo ih direktnodirektno

Veoma masivne u poređenju sa standardnim Veoma masivne u poređenju sa standardnim česticama –sporo se krećučesticama –sporo se kreću

Masa od Masa od 10 GeV do nekolikoTeV

Simulacije univerzuma ispunjenog Simulacije univerzuma ispunjenog hladnom tamnom materijom:hladnom tamnom materijom: distribuciju galaksija veoma sličnu distribuciju galaksija veoma sličnu onoj koju posmatramo i onoj koju posmatramo i proučavamoproučavamo

Nisu detektovane čestice sa svim Nisu detektovane čestice sa svim pretpostavljenim karakteristikamapretpostavljenim karakteristikama

(Neutrino najpribližniji – ali vruca tamna (Neutrino najpribližniji – ali vruca tamna materija)materija)

Skoro nemoguca detekcija upravo zbog Skoro nemoguca detekcija upravo zbog slabe interakcijeslabe interakcije

Mnogo pokušaja do sada, direktnih i Mnogo pokušaja do sada, direktnih i indirektnihindirektnih

ALI NIŠTAALI NIŠTA!!!!!!

Large Hadron Collider, 2008.Large Hadron Collider, 2008. OBEĆAVA!!!OBEĆAVA!!!

Posle stanje termalne ravnoteže u ranom Posle stanje termalne ravnoteže u ranom univerzumu univerzumu >> prekid stvaranja/anihilacije prekid stvaranja/anihilacije::

broj se od tada nije menjaobroj se od tada nije menjao

Pretpostavka: Pretpostavka: slaba anihilacijaslaba anihilacija>>

zaključka: WIMPovi zaista imaju visoku zaključka: WIMPovi zaista imaju visoku reliktnu gustinureliktnu gustinu

Postojanje WIMPova proizilazi i iz teroije Postojanje WIMPova proizilazi i iz teroije

SUPERSIMETRIJE (SUSYSUPERSIMETRIJE (SUSY):):

superparovi – LSP (superparovi – LSP (lightest superparticle))– Održive i stabilne u svim modelima koje SUSY Održive i stabilne u svim modelima koje SUSY

predviđapredviđa

Predviđeno rasejanje WIMPova na Predviđeno rasejanje WIMPova na nukleusima -nukleusima -tesko detektovati – tesko detektovati – veliki izazov veliki izazov

Indirektne detekcije “Solar WIMP Indirektne detekcije “Solar WIMP capture”capture”

δp in sun→zahvaćen δδ→visoko en.v's

u pripremi slični eksperimenti za u pripremi slični eksperimenti za detekciju iz galaktičkog centradetekciju iz galaktičkog centra

Uprkos verovatnoci indirektne Uprkos verovatnoci indirektne detekcije, potreban direktan detekcije, potreban direktan dokaz za validnost teorije dokaz za validnost teorije WIMPovaWIMPova

I ako dođe do detekcije, očekuje I ako dođe do detekcije, očekuje se da ce ih biti svega nekoliko se da ce ih biti svega nekoliko godišnje!!!!godišnje!!!!

Cryogenic Dark Matter Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) Search (CDMS) CDMS eksperimentiCDMS eksperimenti Princip:detekcija fononaPrincip:detekcija fonona Detektori CDMS (Sudane Mine, Detektori CDMS (Sudane Mine,

Minnesota) koriste germanijum i Minnesota) koriste germanijum i silcijum kao medijumesilcijum kao medijume

interakcije sa jezgrom interakcije sa jezgrom germanijuma, vibracije se germanijuma, vibracije se detektuju na aluminijumskim i detektuju na aluminijumskim i volframskim senzorimavolframskim senzorima

““nucleus recoil” za WIMPenucleus recoil” za WIMPe Detekcija signala nastalih Detekcija signala nastalih

jonizacijom i fononajonizacijom i fonona Odnos različitOdnos različit Dobijamo informacijei o kojoj Dobijamo informacijei o kojoj

čestici je reččestici je reč

CDMS fridge and CDMS fridge and iceboxicebox

Diskovi od Diskovi od germanijuma i germanijuma i silicijuma ohlađeni silicijuma ohlađeni do temperatre reda do temperatre reda milikelivinamilikelivina

Stanford University Stanford University 2002, 2002, Soudan Mine Soudan Mine 2003.2003.

BEZ REZULTATA!!!!

Pretpostavka – WIMPs samo jedan Pretpostavka – WIMPs samo jedan deo tamne materije..razlozi:presek deo tamne materije..razlozi:presek za anihilaciju u ranom univerzumuza anihilaciju u ranom univerzumu

NeutralinoNeutralino

Ako postoje, mogu Ako postoje, mogu predstavljati veliki deo predstavljati veliki deo nedostajuće mase u nedostajuće mase u univerzumuuniverzumu

WIMPs i LSPs poznatije kao WIMPs i LSPs poznatije kao

“ “god particles”god particles”

...jos jedan kandidat...jos jedan kandidat

NeutralinoNeutralino – vodeći slabo - – vodeći slabo - interagujući kandidatinteragujući kandidat

Po nekim modelima – nastao u Po nekim modelima – nastao u ranoj fazi univerzuma; visoka ranoj fazi univerzuma; visoka temperaturatemperatura

Ostaci iz tog perioda– ono što danas Ostaci iz tog perioda– ono što danas samatramo tamom materijomsamatramo tamom materijom

Gruba procena na oko 10-10000 GeVGruba procena na oko 10-10000 GeV Gama i neutrino detektori u potrazi za Gama i neutrino detektori u potrazi za

anihilacijom neutralina u oblastima gde anihilacijom neutralina u oblastima gde se pretpostavljaju visoke gustine CDMse pretpostavljaju visoke gustine CDM

Galaktičko jezgroGalaktičko jezgro

Šta se može odrediti Šta se može odrediti direktnim i indirektnim direktnim i indirektnim posmatranjem?posmatranjem?

Masa WIMPovaMasa WIMPova Presek za interakciju sa jezgrima Presek za interakciju sa jezgrima

atomaatoma low-temperature WIMP anihilacija - low-temperature WIMP anihilacija -

presekpresek Reliktna gustina WIMP materijeReliktna gustina WIMP materije

Šta nam govore Šta nam govore istraživanja?istraživanja? pozitroni, antiprotoni i gama-pozitroni, antiprotoni i gama-

zraci, osetljivi na količinu materije zraci, osetljivi na količinu materije u tamnim haloimau tamnim haloima

Uvid u strukturu galaktičkih haloaUvid u strukturu galaktičkih haloa Kao i celokupnu strukturu Kao i celokupnu strukturu

univerzumauniverzuma

HvalaHvala

na pažnji (:na pažnji (: