Американські фізики запропонували нову теорію походження темної матерії

Група америкаських фізиків запропонувала нове пояснення природи темної матерії. У статті, опублікованій у журналі Phys­i­cal Review Let­ters, команда під керівництвом Стівена Генріха та Кіта Олів з Університету Міннесоти висунула гіпотезу «ультрарелятивістського заморожування». Згідно з нею, швидкорухомі частинки, схожі на нейтрино, могли відокремитися від частинок Стандартної моделі значно раніше, ніж вважалося раніше. Дослідники наголошують, що такі частинки майже неможливо виявити, проте вони узгоджуються з історією еволюції Всесвіту.

Темна матерія становить близько 85% маси Всесвіту, проте досі не було зафіксовано жодної її взаємодії зі звичайною матерією, окрім гравітаційної. У 1970‑х роках існувала гіпотеза, що вона може складатися з нейтрино — безмасових частинок Стандартної моделі, які дуже слабко взаємодіють з іншими. Тоді говорили про «гаряче заморожування», коли нейтрино відокремилися від звичайної матерії після Великого вибуху. Проте у 1980‑х розрахунки показали, що така «гаряча темна матерія» надто швидко розподілила б енергію у ранньому Всесвіті, не дозволивши сформуватися першим галактикам.

Після цього увага науковців зосередилася на інших моделях — WIMP (слабо взаємодійні масивні частинки) та FIMP (слабо взаємодійні немасивні частинки). Обидва варіанти виходять за межі Стандартної моделі, але їх не вдалося безпосередньо виявити, попри десятиліття пошуків. У новій роботі Генріх і його колеги повертаються до ідеї «ультрарелятивістського заморожування» і припускають, що цей процес міг відбутися ще раніше — одразу після завершення космічної інфляції, під час фази «перегрівання», коли квантове поле розпадалося на частинки випромінювання.

За словами Генріха, саме цей етап міг визначити спосіб утворення темної матерії. Якщо її частинки відокремилися від Стандартної моделі на початку формування звичайної матерії, вони могли «охолонути» під час епохи домінування випромінювання. Це означає, що навіть народившись «гарячими», вони не перешкодили формуванню перших галактик. Дослідники також зазначають, що режим UFO може бути природним проміжним етапом між сценаріями WIMP і FIMP, передбачаючи ще слабшу взаємодію з нормальною матерією.

Нова теорія пропонує пояснення, чому темну матерію досі не вдалося зафіксувати жодним із наземних експериментів, і водночас не суперечить спостереженням за раннім Всесвітом. Генріх підкреслює, що тепер, коли визначено допустимі маси частинок і силу їх взаємодії, сучасні та майбутні експерименти можуть спробувати перевірити цю малодосліджену категорію кандидатів.