Ученые разработали новый подход к поиску темной материи

Новая модель темной материи может наконец-то объяснить существование одной из самых загадочных субстанций во Вселенной —  пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».  

Светлана Левченко

Автор новостей

Несмотря на то, что темная материя составляет около 27% всей массы-энергии космоса, природа этой субстанции до сих пор остается неизвестной. Мы знаем о ее существовании благодаря ее гравитационному влиянию на обычную материю — это подтверждается, например, вращением звезд в галактиках, движением галактических скоплений и распределением реликтового излучения. Однако пока что ни одна из теоретических моделей на роль темной материи не была подтверждена экспериментально.

Физики из Университета Сан-Паулу предложили принципиально новую модель неупругой темной материи, которая взаимодействует с обычной материей через особый векторный посредник — частицу, аналогичную фотону, но обладающую массой. Такой посредник должен обеспечить слабое, но все же фиксируемое взаимодействие между двумя секторами — темным и обычным. При этом модель ориентирована не на тяжелые частицы, которые ранее искали с помощью Большого адронного коллайдера, а на легкие, которые взаимодействуют настолько слабо, что до сих пор ускользали от обнаружения.

Ключевым элементом модели является механизм так называемого «термического замораживания». Согласно этой концепции, в ранней Вселенной все частицы находились в термодинамическом равновесии. По мере расширения и охлаждения космоса, взаимодействия между некоторыми из них прекратились, и их количество «заморозилось» — то есть перестало изменяться. Такой механизм хорошо описывает происхождение некоторых известных частиц Стандартной модели, а потому считается перспективным и для темной материи.

В рамках новой модели темная материя представлена двумя частицами: стабильной χ₁, которая и составляет основную массу темной материи, и немного более тяжелой нестабильной χ₂, которая может распадаться на χ₁ и частицы обычной материи. Обе они взаимодействуют с помощью векторного посредника ZQ, который играет роль своеобразного моста между темной материей и частицами Стандартной модели. Это взаимодействие происходит не напрямую, а через «портал» — новый тип частиц, которых нет в известной нам физике. В отличие от более простых моделей, где посредник не взаимодействует напрямую с темной материей, в этом варианте взаимодействие осуществляется сразу с обеими частицами — χ₁ и χ₂.

Такой подход позволяет обойти ограничения современных экспериментов по прямому и косвенному поиску темной материи. Нестабильная χ₂, будучи более тяжелой, не может участвовать в современных процессах, связанных с космическим микроволновым фоном или аннигиляцией частиц, а переход χ₁ в χ₂ в условиях детекторов крайне маловероятен. Все это делает обнаружение этих частиц чрезвычайно сложной задачей, но при этом сохраняет возможность их существования в соответствии с наблюдаемым распределением вещества во Вселенной.

Авторы работы подчеркивают, что предлагаемая модель является усовершенствованием так называемой «ванильной» модели неупругой темной материи, которая уже практически исключена существующими экспериментальными данными. За счет введения более общего посредника, который напрямую связан как с темными, так и с обычными частицами, удалось определить области параметров, в которых новая теория остается жизнеспособной и не противоречит практическим наблюдениям. Более того, физики разработали программный код, при помощи которого другие ученые смогут воспроизвести расчеты и проверить, при каких условиях модель предсказывает правильную плотность темной материи.

Ранее астрофизики обнаружили в космосе загадочную паутину и заметили, что со временем она разрастается.

• космос