Новая теория темной материи может объяснить пропавшую массу космоса (2 фото)

Ученые Ливерморской лаборатории придумали новую теорию, которая может определить, почему темная материя избегает прямого обнаружения в рамках земных экспериментов. Группа физиков-ядерщиков, известная как Lattice Strong Dynamics Collaboration, под руководством Ливерморской национальной лаборатории, объединили теоретические и вычислительные физические методы и использовали массивный параллельный 2-петафлопный суперкомпьютер Vulcan для выведения новой модели темной материи. Она определяет темную материю как естественно «скрытную» сегодня, но ее можно было бы увидеть по взаимодействую с обычным веществом в условиях чрезвычайно высокотемпературной плазмы, которая пронизывала раннюю Вселенную.

«Эти взаимодействия в юной Вселенной важны потому, что объемы обычной и темной материи сегодня поразительно похожи по размерам; предполагается, что это произошло из-за акта балансировки, произошедшего между двумя материями до остывания Вселенной», — говорит Павлос Вранас, один из авторов работы. Она будет опубликована в одном из ближайших выпусков журнала Physical Review Letters как «выбор редакции».

Новая теория темной материи может объяснить пропавшую массу космоса (2 фото)

На темную материю приходится довольно много вещества во Вселенной, которое не взаимодействует непосредственно с электромагнитными, сильными или слабыми ядерными силами. Свет не отскакивает от нее, и обычная материя проходит через темную практически без затруднений. Будучи невидимой по сути, загадочная материя получила название темной, и только по ее гравитационному воздействию на движение галактик и галактических кластеров мы можем знать, что она действительно существует.

Ключ к раздвоению скрытной личности темной материи лежит в ее составе и чуде конфайнмента. Подобно кваркам в нейтроне, при высоких температурах, ее электрически заряженные компоненты взаимодействуют почти со всем. Но при более низких температурах они связываются вместе, образуя электрически нейтральную композитную частицу. В отличие от нейтрона, который связывается обычным сильным взаимодействием квантовой хромодинамики, скрытный нейтрон должен связываться пока неизвестной формой сильного взаимодействия, «темной формой КХД».

«Примечательно, что кандидат в темную материю всего в несколько сотен раз тяжелее протона, который может состоять из электрически заряженных компонентов, до сих пор уклонялся от прямого обнаружения», — говорит Вранас.

Подобно протонам, скрытная темная материя является стабильной и не распадается с течением космического времени. Но как и КХД, она производит большое количество других ядерных частиц, которые распадаются вскоре после своего создания. Эти частицы могут обладать электрическим зарядом, но должны были распасться давным-давно. В ускорителе частиц, при наличии достаточно высокой энергии (например, на Большом адронном коллайдере в Швейцарии), эти частицы можно было бы произвести снова, впервые за долгое-долгое время. Они могли бы оставить уникальные сигнатуры в детекторах частиц, поскольку были бы электрически заряженными.

«Подземные эксперименты прямого обнаружения или эксперименты на Большом адронном коллайдере вскоре могут выявить доказательства (или опровержения) этой новой теории скрытной темной материи», — считает Вранас.