Учёные предположили что тёмная материя может находиться в скрытом пятом измерении
Исследователи из Университета Шеффилда представили новую теоретическую модель, согласно которой тёмная материя может находиться в скрытом дополнительном измерении вместе с гипотетической частицей — так называемым тёмным фотоном. По мнению авторов работы, именно геометрия этого скрытого пространства способна объяснить свойства тёмной материи без необходимости использовать искусственные допущения, применявшиеся в предыдущих моделях.
Тёмная материя остаётся одной из самых больших загадок современной физики. Несмотря на то что её никогда не удавалось зарегистрировать напрямую, учёные уверены в её существовании благодаря сильному гравитационному воздействию, которое удерживает галактики и их скопления от распада.
Именно гравитация тёмной материи объясняет многие наблюдаемые процессы во Вселенной. Однако природа этой загадочной субстанции до сих пор неизвестна, что привело к появлению множества гипотез о её составе и свойствах.
Идея о существовании тёмной материи в скрытом дополнительном измерении обсуждается в физике уже несколько лет. Новое исследование развивает эту концепцию и предлагает механизм, который, по мнению авторов, может объяснить, почему тёмную материю так трудно обнаружить современными экспериментами.
Работа, опубликованная в журнале Physical Review D, предполагает, что вместе с тёмной материей в скрытом измерении существует частица-переносчик взаимодействия, получившая название «тёмный фотон». Эта гипотетическая частица рассматривается как аналог обычного фотона, но предназначена для описания взаимодействий исключительно в так называемом тёмном секторе.
Согласно новой модели, форма и геометрия дополнительного измерения естественным образом определяют массы тёмной материи и тёмного фотона. В результате возникает явление, которое исследователи называют резонансом тёмной материи.
Авторы сравнивают этот эффект с музыкальным инструментом, который начинает особенно сильно вибрировать, когда звучит точно совпадающая с его собственной частотой нота. По аналогии определённое соотношение масс частиц приводит к усилению их взаимодействий.
Руководитель исследования доктор Ю-Дай Цай отметил, что идея резонанса тёмной материи уже давно считается одним из наиболее перспективных направлений исследований, поскольку помогает объяснить процессы формирования этой субстанции в ранней Вселенной и определить наиболее эффективные способы её поиска.
Однако во многих прежних моделях наличие такого резонанса приходилось просто предполагать. Новая работа предлагает возможное фундаментальное объяснение его происхождения, связывая эффект непосредственно с геометрией скрытого дополнительного измерения.
Согласно предложенной теории, в ранней Вселенной взаимодействия тёмной материи могли быть значительно сильнее, чем сегодня. При этом модель позволяет одновременно объяснить, почему в настоящее время эта материя практически не взаимодействует с обычным веществом и остаётся чрезвычайно сложной для обнаружения.
Ранее физики уже изучали как резонанс тёмной материи, так и гипотезы о дополнительных измерениях, однако существовавшие модели требовали чрезвычайно точной искусственной настройки масс гипотетических частиц. Без такой настройки математические расчёты переставали соответствовать наблюдаемым свойствам Вселенной.
Авторы нового исследования утверждают, что подобная точная настройка может возникать естественным образом благодаря самой структуре скрытого измерения. Если эта идея окажется верной, она позволит отказаться от ряда искусственных предположений, использовавшихся в предыдущих теориях.
По словам доктора Цая, понимание природы тёмной материи стало бы одним из крупнейших достижений современной науки и значительно расширило бы представления человечества о строении Вселенной. Кроме того, новая модель предлагает физикам конкретные направления для будущих экспериментальных исследований.
Авторы также отмечают, что исследования тёмной материи уже сегодня способствуют развитию технологий. Создание сверхчувствительных детекторов, криогенных систем, малошумящей электроники и квантовых методов измерений, разрабатываемых для поиска этой загадочной субстанции, впоследствии может найти применение в медицине, вычислительной технике и системах связи.
Исследователи считают, что предложенная теория открывает новые возможности для будущих наблюдений и экспериментов. Она предоставляет физикам новую теоретическую основу для поиска тёмной материи, которая, по современным оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной.
При этом авторы подчёркивают, что представленная работа является теоретическим исследованием. Предложенная модель пока не получила экспериментального подтверждения, и её выводы предстоит проверить в будущих наблюдениях и экспериментах.
Исследование в журнале Physical Review D.