Pimeä aine elää varjomaailmankaikkeudessa

13.12.2016
Tuoreessa väitöskirjassa ehdotetaan uutta teoreettista mallia, jolla pimeän aineen ominaisuuksia voisi kokeellisesti testata.

Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on meille tuntematonta pimeää ainetta. Tätä pimeää ainetta tiedetään olevan viisi kertaa enemmän kuin tavallista ainetta, joka rakentuu atomeista. Vuosikymmeniä pimeää ainetta on yritetty etsiä hiukkaskiihdyttimillä ja erilaisilla hiukkasilmaisimilla, mutta toistaiseksi tuloksetta.

- Kosmologiset havainnot maailmankaikkeuden suuren mittakaavan rakenteesta ja kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä kuitenkin puoltavat sitä, että pimeää ainetta on olemassa, sanoo kosmologiasta eli maailmankaikkeuden rakenteesta ja historiasta väittelevä Tommi Tenkanen Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta.

Yhteys pimeän aineen ja tavallisen aineen välillä on heikko

Väitöskirjatyössään "Cosmological Constraints on Higgs Portal Dark Matter" Tommi Tenkanen on tutkinut sellaisia hiukkasfysikaalisia malleja, jotka selittävät, miksi pimeää ainetta ei ole vielä löytynyt.

Näissä malleissa pimeä aine elää eräänlaisessa varjomaailmankaikkeudessa ja vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa vain vuonna 2012 löytyneen Higgsin bosonin kautta. Malleissa kytkentä tavallisen ja pimeän aineen välillä on hyvin heikko, mikä selittää, miksei pimeää ainetta nähdä hiukkaskiihdyttimissä.

- Varjomaailmankaikkeudessa elävien pimeän aineen hiukkasten ominaisuuksia voidaan kuitenkin voimakkaasti rajoittaa, Tenkanen sanoo.

- Esimerkiksi pimeän aineen itseisvuorovaikutus, eli kyky vetää toisia pimeän aineen hiukkasia puoleensa, vaikuttaa galaksiryhmien havaittavaan liikkeeseen ja on siis testattavissa.

Rajoittaminen tehdään yhdistelemällä havaintoja hiukkasfysiikasta, kosmologiasta ja tähtitieteestä.

Yhdessä yhteistyökumppanien kanssa Tenkanen onkin näin löytänyt uuden yhteyden pimeän aineen ja varhaisen maailmankaikkeuden supernopean laajenemisvaiheen, kosmisen inflaation, välille.

- Tämä yhteys näyttää suosivan kohtuullisen suuria itseisvuorovaikutuksia, väittelijä sanoo.

- Olemme myös näyttäneet, miten aiemmat teoreettiset mallit hyvin heikosti vuorovaikuttavan pimeän aineen syntymekanismille ovat puutteellisia ja kuinka mallit tulee korjata tavalla, joka mahdollistaa tällaisten mallien kokeellisen testaamisen tulevaisuudessa.

Tommi Tenkanen väittelee tohtoriksi teoreettisen fysiikan alalta Helsingin yliopistossa perjantaina 16.12.2016.

Yhteystiedot: Tommi Tenkanen, 0400 221427, tommi.tenkanen@helsinki.fi

Minna Meriläinen-Tenhu, viestintä, 050 415 0316, @MinnaMeriTenhu

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet