Вчені заявили, що для пояснення природи темної матерії може знадобитися нова фізика

Дві нові наукові роботи професора Стефано Профумо з Каліфорнійського університету в Санта-Крус пропонують альтернативні теорії щодо природи темної матерії — однієї з головних загадок сучасної фізики. Хоча наявність темної матерії, що становить близько 80% усієї матерії у Всесвіті, підтверджена багатьма спостереженнями, її походження і склад досі залишаються невідомими.

У першій із нещодавніх публікацій, оприлюдненій 8 липня у Phys­i­cal Review D, Профумо розглядає гіпотезу про виникнення темної матерії в прихованому секторі — своєрідному «дзеркальному світі» з власними частинками та силами, невидимими для людини, але підпорядкованими аналогічним законам фізики. Тут аналог сильної взаємодії, як у нашому світі, зв’язує так звані «темні кварки» у складні частинки — темні баріони. У ранньому Всесвіті такі баріони могли досягти достатньої щільності, щоб колапсувати у надмаленькі стабільні чорні діри або подібні до них об’єкти, які взаємодіють лише через гравітацію. За умови правильного співвідношення їх маси й кількості, такі залишки могли б пояснити всю сучасну темну матерію.

Друга робота, опублікована у травні, пропонує ще одну нетривіальну ідею: темна матерія могла виникати завдяки квантовим ефектам на космічному горизонті у період короткочасного прискореного розширення Всесвіту після інфляції. У цьому сценарії певний етап експансії, менш екстремальний за інфляцію, міг би сам «випромінювати» стабільні частинки темної матерії незалежно від їх взаємодії з видимою матерією, лише внаслідок гравітації.

Обидва механізми — утворення темної матерії у прихованому секторі або гравітаційна генерація частинок через розширення горизонту — не потребують припущень про взаємодію з відомими частинками і залишаються у межах перевірених фізичних теорій. За словами Профумо, такі сценарії стають дедалі актуальнішими на тлі відсутності експериментальних підтверджень класичних моделей темної матерії.

Дослідження UC San­ta Cruz вже не одне десятиліття формують основу сучасної космології й фізики частинок. Сьогодні ці роботи пропонують нові напрямки пошуку відповідей на питання, що таке темна матерія, і як вона формує структуру нашого Всесвіту на найбільших масштабах.