Главная Новости Ученые предложили еще одного кандидата в темную материю

Что такое HYPER-модель темной материи

Темная материя остается одной из величайших загадок современной физики. Ее существование не подвергается сомнению, потому что без темной материи, например, невозможно объяснить движение галактик. Но экспериментально обнаружить темную материю так и не удалось, пишет Альтернативная наука.

В настоящее время циркулирует множество предложений по проведению новых экспериментов. В основном они направлены на обнаружение ТМ через ее рассеяние от составляющих атомных ядер, то есть протонов и нейтронов.

Группа исследователей - Роберт МакГи и Аарон Пирс из Мичиганского университета и Гилли Элор из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии - предложила нового кандидата в темную материю: HYPER, или "HighlY Interactive ParticlE Relics".

HYPER-модель предполагает, что через некоторое время после образования темной материи в ранней Вселенной сила ее взаимодействия с нормальной материей резко возросла. А это означает, что потенциально ее можно обнаружить. Если удастся совершить такой научный подвиг, тогда объяснение возникнет буквально из ничего. Картинка мироздания сложится.

Поскольку поиски тяжелых частиц темной материи, или так называемых WIMPS, пока не увенчались успехом, академическое сообщество придумывает альтернативные частицы, особенно легкие. В то же время ожидаются фазовые переходы в темном секторе - ведь в видимом секторе их насчитывается несколько типов. Пренебрегать туманными данными ядерной физики уже никто не будет.

Туманность Пламя расположена на расстоянии около 1400 световых лет от Земли в созвездии Ориона

"До сих пор не было последовательной модели темной материи для диапазона масс, к которому надеются получить доступ некоторые эксперименты. Однако наша HYPER-модель показывает, что фазовый переход может помочь сделать темную материю более легко обнаруживаемой", - говорит Элор, постдокторант теоретической физики в Университета имени Иоганна Гуттеберга, Майнц, Германия.

Задача для подходящей модели: если ТМ слишком сильно взаимодействует с нормальной материей, то ее (точно известное) количество, образовавшееся в ранней Вселенной, будет слишком мало, что противоречит астрофизическим наблюдениям. Однако если она образуется в нужном количестве, то взаимодействие, наоборот, будет слишком слабым, чтобы обнаружить в современных экспериментах.

"Наша центральная идея, которая лежит в основе HYPER-модели, заключается в том, что взаимодействие резко меняется только один раз, поэтому мы можем получить лучшее из двух миров: нужное количество ТМ и большое взаимодействие, доступное для обнаружения", - говорит МакГи.

В итоге появляется гипотеза: в физике частиц взаимодействие обычно опосредуется определенной частицей, так называемым медиатором; аналогичным образом ТМ взаимодействует с нормальной материей.

 

Как образование темной материи, так и ее обнаружение происходит через некий посредник, причем сила взаимодействия зависит от его массы: чем больше масса, тем слабее взаимодействие.

Посредник должен быть сначала достаточно тяжелым, чтобы сформировалось нужное количество темной материи, а затем достаточно легким, чтобы «убрать» ее из человеческих приборов.

Отсюда и возникает идея фазового перехода, во время которого масса медиатора внезапно уменьшилась.

"Таким образом, с одной стороны, количество темной материи остается постоянным, а с другой стороны, взаимодействие усиливается или укрепляется таким образом, что ТМ должна быть непосредственно обнаруживаемой", - надеется Пирс.

Новая модель охватывает почти весь диапазон параметров планируемых экспериментов.

"HYPER-модель способна охватить почти весь диапазон параметров, который становятся доступным для новых экспериментов", - поясняет Элор.

 

В частности, исследовательская группа сначала рассмотрела максимальное поперечное сечение опосредованного медиатором взаимодействия с протонами и нейтронами атомного ядра, которое согласуется с астрономическими наблюдениями и данными ядерной физики. Следующий шаг - определение модели темной материи, которая демонстрирует такое взаимодействие.

"И здесь мы пришли к идее фазового перехода, - рассказывает МакГи. - Мы рассчитали количество темной материи, которая существует во Вселенной, а затем смоделировали фазовый переход с помощью наших расчетов".

Необходимо учитывать множество ограничений, например, постоянное количество темной материи.

"Здесь нам приходится систематически рассматривать и включать очень много сценариев, например, задавать вопрос, действительно ли есть уверенность, что наш медиатор не приведет внезапно к образованию новой темной материи, чего, конечно же, не должно быть", - сомневается Элор.

"Но в итоге мы убедились, что наша модель работает".