Теории происхождения темной материи указывают на «зеркальный мир» и край Вселенной
- 04.08.2025 15:49
Два недавних исследования профессора Стефано Профумо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе предлагают теории, которые пытаются ответить на один из самых фундаментальных открытых вопросов современной физики: какова корпускулярная природа тёмной материи?
Наука предоставила неопровержимые доказательства существования таинственной субстанции, составляющей 80% всей материи во Вселенной. Присутствие тёмной материи объясняет, что связывает галактики и заставляет их вращаться. Такие открытия, как изучение крупномасштабной структуры Вселенной и измерения реликтового излучения, также доказывают, что во всей этой тьме есть нечто пока неопределённое.
Остаётся неизвестным происхождение тёмной материи и, следовательно, каковы свойства её частиц? Эти важные вопросы в первую очередь относятся к физикам-теоретикам, таким как Профумо. В двух недавних работах он рассматривает эти вопросы с разных сторон, но обе сосредоточены на идее о том, что тёмная материя могла возникнуть естественным образом в условиях очень ранней Вселенной, а не быть экзотической новой частицей, взаимодействующей с обычной материей каким-то обнаружимым образом.
Тёмное происхождение
В последнем исследовании , опубликованном 8 июля в журнале Physical Review D , рассматривается вопрос о возможности образования тёмной материи в скрытом секторе — своего рода «зеркальном мире» со своими собственными вариантами частиц и сил. Хотя этот теневой сектор совершенно невидим для человека, он подчиняется многим из тех же физических законов, что и известная нам Вселенная.
Эта идея вдохновлена квантовой хромодинамикой (КХД) – теорией, описывающей, как кварки связываются внутри протонов и нейтронов сильным ядерным взаимодействием. Калифорнийский университет в Санта-Крузе имеет глубокие корни в этой области: почётный профессор физики Майкл Дайн стал пионером в разработке теоретических моделей, связанных с аксионом КХД, ведущим кандидатом на роль тёмной материи, а профессор-исследователь Эйб Сайден внёс значительный вклад в экспериментальное исследование структуры адронов – частиц, состоящих из кварков, – в экспериментах по физике высоких энергий.
В новой работе Профумо сильное взаимодействие воспроизводится в тёмном секторе как ограничивающая теория «тёмной квантовой хромодинамики» (ТХД), в которой её собственные частицы — тёмные кварки и тёмные глюоны — связываются вместе, образуя тяжёлые составные частицы, известные как тёмные барионы. При определённых условиях в ранней Вселенной эти тёмные барионы могли стать достаточно плотными и массивными, чтобы под действием собственной гравитации сколлапсировать в чрезвычайно малые, стабильные чёрные дыры — или объекты, ведущие себя подобно чёрным дырам .
Эти остатки, подобные чёрным дырам, были бы всего в несколько раз тяжелее массы Планка — фундаментальной шкалы масс квантовой гравитации, — но, будучи рождёнными в нужном количестве, они могли бы объяснить всю наблюдаемую сегодня тёмную материю. Поскольку они взаимодействовали бы только посредством гравитации, они были бы совершенно невидимы для детекторов частиц, однако их присутствие формировало бы Вселенную в самых больших масштабах.
Этот сценарий предлагает новую, проверяемую структуру, основанную на устоявшихся физических принципах, одновременно расширяя давние исследования Калифорнийского университета в Санта-Крузе относительно того, как глубокие теоретические принципы могут помочь объяснить один из самых больших открытых вопросов космологии.
На горизонте
Другое недавнее исследование Профумо, опубликованное в мае в том же журнале, изучает вопрос о том, может ли тёмная материя быть порождена расширяющимся «космическим горизонтом» Вселенной — по сути, космологическим эквивалентом горизонта событий чёрной дыры.
Автор Станислав Иванов
Контакты, администрация и авторы
