Пятое измерение, которого мы не видим. Физики объяснили, почему темная материя так упорно скрывается
Каждая галактика весит гораздо больше, чем показывают телескопы. Эту разницу списывают на темную материю — невидимую субстанцию, которую ученым до сих пор не удалось «поймать» ни в одном эксперименте. Теперь команда из Шеффилдского университета предлагает объяснение, способное изменить правила игры.
Темная материя давно вдохновляет не только физиков, но и фантастов — от звездных вихрей в «Звездном пути» до таинственной Пыли в трилогии Филипа Пулмана «Темные начала». В реальной же космологии это одна из величайших неразгаданных тайн: о ее существовании судят лишь по гравитационному воздействию, удерживающему галактики от распада.
Новая теория, опубликованная в журнале Physical Review D , предлагает объяснение сразу двух проблем: поведения темной материи и того, почему ее до сих пор не удалось обнаружить.
Идея заключается в том, что темная материя существует в дополнительном, пятом измерении — вместе с частицей-переносчиком силы, называемой темным фотоном. Форма и геометрия этого измерения сами по себе «подгоняют» массы обеих частиц друг к другу.
Такое совпадение масс порождает явление, которое физики называют резонансом темной материи. Это напоминает то, как музыкальный инструмент начинает мощно вибрировать, стоит ему попасть в нужную ноту.
Доктор Юй-Дай Цай из Шеффилдского университета объясняет, что идея резонансной темной материи не нова, однако прежде она принималась лишь как предположение. Новая же работа предлагает возможное, более глубокое объяснение: резонанс может непосредственно вытекать из геометрии скрытых измерений.
По словам ученого, в ранней Вселенной это делало взаимодействие темной материи гораздо более сильным, тогда как сегодня она кажется почти инертной и неуловимой — и именно поэтому ее так трудно зафиксировать.
Ранее физики изучали резонансную темную материю и дополнительные измерения независимо друг от друга. Проблема заключалась в том, что такие модели часто требовали «подгонки» масс частиц вручную — с почти неестественной точностью.
Шеффилдская модель предлагает иной путь: точное совпадение масс возникает само собой — просто из математической структуры дополнительного измерения, а не благодаря искусственному подбору параметров.
По словам Цая, понимание природы темной материи стало бы одним из величайших прорывов в истории познания Вселенной. Новая работа, как он отмечает, дает физикам конкретные ориентиры для поиска темной материи и одновременно связывает две величайшие загадки фундаментальной физики — саму темную материю и идею скрытых измерений.