Фізики припустили, що темна матерія ховається у п’ятому вимірі простору

Темна матерія, яку досі не вдалося зафіксувати жодним детектором, може ховатися не лише від телескопів, а й у додатковому вимірі простору, недоступному прямому спостереженню. Нова теоретична робота поєднує дві давні ідеї фундаментальної фізики: існування невидимої маси у Всесвіті та можливість п’ятого виміру, який неможливо побачити безпосередньо.

Темна матерія не випромінює, не відбиває і не поглинає світло звичним чином, проте впливає на рух зірок, галактик і скупчень. Без цієї невидимої маси спостережувана структура Всесвіту не збігається з теоретичними розрахунками. Фізики десятиліттями намагаються з’ясувати, з чого складається темна матерія і чому її частинки майже не взаємодіють зі звичайною речовиною.

Один із підходів передбачає існування прихованого сектору — набору частинок і сил, слабко пов’язаних зі Стандартною моделлю фізики. До такого сектору можуть належати темні фотони: гіпотетичні аналоги звичайних фотонів, які переносять електромагнітну взаємодію між частинками темної матерії. Прямих доказательств їхнього існування поки немає, однак фізики активно використовують їх у моделях.

Нова модель розміщує темну матерію і темні фотони у прихованому п’ятому вимірі з особливою геометрією простору. Завдяки цій геометрії частинки можуть входити у стан резонансу — коли маси й енергетичні рівні збігаються, взаємодія різко посилюється. Цей ефект добре знайомий з повсякденного досвіду: якщо штовхати гойдалку у потрібний момент, амплітуда руху поступово зростає.

Резонанс темної матерії обговорювали й раніше, але зазвичай вводили в розрахунки як наперед задану умову. Нова робота намагається пояснити його походження через саму геометрію додаткового виміру — тобто потрібний збіг виникає не випадково, а випливає зі структури прихованого простору. Це принципова відмінність від попередніх підходів.

Такий сценарій вирішує важливу суперечність: у ранньому Всесвіті темна матерія могла взаємодіяти набагато активніше, ніж зараз. Пізніше умови змінилися, резонанс послабшав, а частинки стали майже невловимими для сучасних приладів. Це пояснює, чому темна матерія помітно впливала на розвиток молодого Всесвіту, але сьогодні майже не проявляє себе за межами гравітації.

Модель залишається теоретичною і не розкриває складу темної матерії. Втім, вона пропонує математично узгоджений механізм і може підказати нові параметри для пошуку: якщо темні частинки взаємодіють через резонанс, детектори мають зосередитися на певних діапазонах мас і енергій. Додаткові виміри давно фігурують у теоріях, що намагаються об’єднати гравітацію з квантовою фізикою, — і зв’язок із темною матерією дає ще один можливий шлях для їхньої перевірки.