Это представляется одной из наибольших загадок в астрофизических и космологических исследованиях: наша Вселенная состоит в значительно большей степени из невидимой материи, чем из видимой. Да, именно темная материя и темная энергия занимают ее большую часть. И вот физики университета Майнца представили новую версию процесса возникновения темной материи в молодой Вселенной.

Записи к новой модели темной материи, разработанной в университете Майнца. Фото: Michael Baker, JGU

Уже почти никто не спорит с тем, что Вселенная лишь меньшей своей частью состоит из видимой материи. При этом большая часть ее остается невидимой ни для глаза, ни для современных приборов, а состоит она из взаимодействующих темной материи и темной энергии. В то время как о темной энергии нам неизвестно практически ничего, в отношении существования темной материи существует множество теорий. Кроме того, проводились и проводятся многочисленные эксперименты, цель которых заключается в поиске все еще неизвестных нам темных частиц.

Ученые университета Иоганна Гутенберга в Майнце предложили новую версию того, как могло происходить образование темной материи в молодой вселенной. Новая модель представляется альтернативой парадигме WIMP, которая в научном мире считается наиболее перспективной и которую пытаются подтвердить экспериментально.

Темная материя пронизывает всю Вселенную, формирует галактики и все прочие крупнейшие структуры космоса. Она составляет примерно 23 процента нашей Вселенной, в то время как видимые частицы, из которых состоят звезды, планеты, а также и жизнь на Земле, занимают всего около четырех процентов всего объема. В настоящее время предполагается, что темная материя представляет собой космологический реликт, остающийся в значительной мере стабильным с момента своего образования.

«Мы подвергли такое предположение всесторонним проверкам и пришли к выводу, что темная материя в начале существования Вселенной могла быть нестабильной», - объясняет доктор Михаель Бакер из теоретической группы Института физики университета Майнца. Именно такая нестабильность представляет собой новый механизм, способный объяснить существующее количество темной материи в космосе.

Стабильность темной материи обычно объясняют исходя из принципа симметрии. Но в своей публикации Бакер и профессор доктор Йоахим Копп смогли показать, что Вселенная могла пройти через фазу, в которой симметрия была нарушена. И это могло бы сделать возможным разрушение гипотетических частиц темной материи. Во время электрически слабого перехода между фазами симметрия снова восстановилась, что способствовало стабилизации темной материи, и ее количество зафиксировалось во вселенной на том же уровне, который сохраняется и сегодня.

Тем самым Бакер и Копп положили начало дискуссии о новых принципах природы темной материи, что представляет собой альтернативу распространенной теории WIMP. WIMPs (англ. Weakly Interacting Massive Particles), то есть «слабо взаимодействующие массивные частицы», считались до сих пор обнадеживающими кандидатами в поиске компонентов темной материи. И именно их в первую очередь ищут исследователи в тщательно заэкранированных подземных детекторах.

«Отсутствие убедительных сигналов мотивировало нас начать поиск альтернативы для парадигмы WIMP», - говорит Копп. Представленный новый механизм мог бы, считают оба физика, привести в космосе к явному дисбалансу между материей и антиматерией, а также к сигналам, которые в ходе предстоящих экспериментов ожидаются в качестве аналога гравитационных волн. В своей статье в журнале Physical Review Letters Бакер и Копп также рассказали, как новая теория может быть подтверждена на ускорителе частиц LHC и других подобных устройствах.