Могут ли быть связаны глубокие тайны антивещества и темной материи?

Астрофизические наблюдения показывают, что во Вселенной существует примерно в пять раз больше темной материи, чем обычной барионной материи, и значительно большее количество энергетического содержания приписывается темной энергии.

Тем не менее микроскопические свойства этих темных компонентов остаются неизвестными. Более того, даже обычное вещество, на которое приходится пять процентов плотности энергии Вселенной, еще не понято, учитывая, что в стандартной модели физики элементарных частиц отсутствует последовательное объяснение преобладания вещества над антивеществом.

В новом исследовании ученые из международной коллаборации BASE, возглавляемой Стефаном Ульмером из кластера первопроходческих исследований RIKEN, и соавторы провели первые лабораторные эксперименты, чтобы определить, является ли немного другой способ взаимодействия материи и антивещества с темной материей.

Антиматерия производится каждый день в экспериментах и с помощью естественных процедур, например, молнии, однако она немедленно аннигилирует при столкновениях с обычной материей. Предсказания показывают, что наши представления о содержании материи во Вселенной расходятся на порядки, и никто не знает, почему существует асимметрия.

В случае темной материи из астрономических наблюдений известно, что какая-то неизвестная масса влияет на орбиты звезд в галактиках. Тем не менее точные микроскопические свойства этих частиц остаются неизвестными. Одна теория состоит в том, что они являются типом гипотетической частицы, известной как аксион, которая играет жизненно важную роль в объяснении нарушения симметрии при сильном взаимодействии в стандартной модели физики элементарных частиц.

Ученые задавались вопросом, возможно ли отсутствие антивещества, потому что оно по-разному взаимодействует с темной материей, и намеревались проверить это. Для эксперимента они использовали специально разработанное устройство, называемое ловушкой Пеннинга, для магнитного захвата одного антипротона, удерживая его от контакта с обычным веществом и уничтожения.

Они также оценили свойство антипротона, называемого его частотой прецессии спина. Обычно, это должно быть согласованным в данном магнитном поле, и модуляция этой частоты может быть объяснена ударом, перехваченным аксионоподобными частицами, которые являются гипотетическими кандидатами в темную материю».

Первый автор исследования, Кристиан Сморра, говорит: «Впервые мы явно искали взаимодействие между темной материей и антиматерией, и хотя мы не нашли разницы, мы установили новый верхний предел для потенциального взаимодействия между темной материей и антиматерией.

Стефан Ульмер из RIKEN Cluster for Pioneering Research, который является представителем BASE Collaboration, говорит: «С этого момента мы планируем еще больше повысить точность наших измерений частоты прецессии спина антипротона, что позволит нам установить более жесткие ограничения на фундаментальную неизменность заряда, четности и времени, а также сделать поиск темной материи еще более чувствительным».