Что, если темная материя не только прячется от приборов, но и существует в дополнительном измерении? Новая теория предлагает неожиданное объяснение ее неуловимости.
Темная материя, которая удерживает галактики от распада благодаря своей гравитации, может быть связана со скрытым пятым измерением. К такому выводу пришли физики из Университета Шеффилда, предложившие новую теоретическую модель, объясняющую, почему эту загадочную форму вещества до сих пор не удается обнаружить напрямую. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
Авторы работы развивают идею о существовании дополнительного скрытого измерения, однако делают следующий шаг по сравнению с предыдущими моделями. Согласно новой гипотезе, в этом измерении находятся не только частицы темной материи, но и так называемый темный фотон — гипотетическая частица-переносчик взаимодействий.
Ключевую роль играет геометрия дополнительного измерения. Именно она естественным образом выстраивает массы темной материи и темного фотона таким образом, что возникает явление резонанса. Исследователи сравнивают этот эффект с музыкальным инструментом, который начинает особенно сильно звучать при попадании в нужную ноту. В отличие от прежних моделей, где необходимые массы приходилось специально подбирать, здесь такое совпадение возникает само по себе благодаря математической структуре скрытого измерения.
Предложенный механизм позволяет объяснить давний парадокс. В ранней Вселенной резонанс значительно усиливал взаимодействия темной материи, влияя на ее образование после Большого взрыва. Однако по мере эволюции космоса эти взаимодействия стали настолько слабыми, что сегодня темная материя практически не проявляет себя в экспериментах по прямому поиску. Новая модель задает более конкретные ориентиры для будущих наблюдений и разработки детекторов.
По словам руководителя исследования Ю-Дай Цая, предложенная теория связывает две крупнейшие проблемы современной фундаментальной физики — природу темной материи и существование скрытых дополнительных измерений.
Поиск темной материи уже привел к появлению технологий сверхчувствительных детекторов, развитию криогенных систем, малошумящей электроники и методов квантовых измерений. Эти разработки находят применение далеко за пределами астрофизики — в медицине, вычислительной технике и телекоммуникации.
По современным космологическим оценкам, темная материя составляет до 85% всего вещества Вселенной, хотя ни одна частица-кандидат пока не получила экспериментального подтверждения.
