Исследователи из Университета Шеффилда (Англия) разработали новую теорию, согласно которой загадочное вещество, удерживающее галактики вместе, может находиться в гармонии с скрытым пятым измерением. Целью этого исследования является помощь в объяснении одной из величайших тайн современной науки — истинной природы темной материи.
Темная материя: проблема физики
Темная материя изучается учеными на протяжении десятилетий и вдохновляет произведения научной фантастики. Например, она появляется в виде вихрей, способных уничтожать планеты в фильме «Звездный путь», или как «пыль», поддерживающая мультивселенную в фэнтезийной трилогии Филипа Пулмана «Границы вселенной». Несмотря на это, она остается одной из самых нерешенных проблем физики.
Хотя это вещество никогда не наблюдалось напрямую, ученые уверены в его существовании благодаря его интенсивному гравитационному воздействию. Оно действует как невидимый «космический клей», обеспечивающий сплоченность галактик, однако его состав и свойства остаются неизвестными.
Новая теоретическая модель
Гипотеза о том, что это вещество может существовать в дополнительном и скрытом измерении, обсуждалась в последние годы. Однако исследователи из Университета Шеффилда утверждают, что они сделали шаг вперед с помощью новой теоретической модели. Это исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, предлагает объяснение поведения темной материи и трудностей ее обнаружения.
Согласно этой модели, темная материя существует в дополнительном измерении, скрытом рядом с частицей-переносчиком силы, известной как темный фотон. Теория утверждает, что специфическая геометрия и форма этого измерения приводят к точному выравниванию масс этих частиц. Такое выравнивание порождает явление, названное резонансом темной материи, которое исследователи сравнивают с работой музыкального инструмента, сильно вибрирующего при достижении нужной ноты.
Геометрия и резонанс
Доктор Ю-Дай Цай, старший научный сотрудник Королевского общества Дороти Ходжкин в Университете Шеффилда, сообщил Phys.org, что резонанс темной материи уже считается важной идеей для понимания как ее происхождения, так и способов обнаружения. Он отметил: «Резонанс темной материи уже известен как мощная идея, обладающая потенциалом изменить наше понимание того, как темная материя была произведена в начале Вселенной и как мы ищем ее сегодня».
По словам ученого, предыдущие модели рассматривали этот резонанс лишь как заранее принятую гипотезу. Цай добавил: «Но многие предыдущие модели резонирующей темной материи рассматривали резонанс как предположение. Эта работа предоставляет возможное более глубокое происхождение для него: резонанс может исходить непосредственно из геометрии скрытых измерений».
Цай также заявил, что этот механизм может объяснить, почему темная материя взаимодействовала гораздо интенсивнее в фундаментальные периоды истории Вселенной, оставаясь практически незаметной в настоящее время. Он подчеркнул: «Этот резонанс может сделать взаимодействия темной материи намного сильнее в критические эпохи космической истории, например, в начале Вселенной. Важно, чтобы модель допускала эти сильные взаимодействия в прошлом, при этом объясняя, почему темная материя кажется такой инертной и сложной для обнаружения сегодня».
Природное выравнивание масс
Исследователи также подчеркивают, что, хотя резонирующая темная материя и дополнительные измерения изучались отдельно в предыдущих работах, эти модели требовали чрезвычайно точной настройки масс частиц для функционирования. Новое исследование предполагает, что это выравнивание не является совпадением и не зависит от ручной корректировки, а возникает естественным образом из самой математической структуры скрытого измерения.
Значение для науки о Вселенной
Для Цая понимание этого таинственного вещества ознаменовало бы значительный прорыв для науки. Он заявил: «Понимание темной материи стало бы глубоким прорывом в знании человечества о космосе и о том, из чего он состоит».
Он добавил, что новая модель открывает новые направления для будущих изысканий. «Наше исследование предлагает физикам новые четкие цели в поисках темной материи, одновременно связывая две величайшие идеи фундаментальной физики: тайну темной материи и существование скрытых измерений».
Помимо последствий для понимания Вселенной, исследователи отмечают, что поиск темной материи стимулирует развитие технологий с практическим применением. Среди них — ультрачувствительные детекторы, криогенные системы, низкошумящая электроника и квантовые измерительные технологии, которые могут способствовать прогрессу в таких областях, как медицина, вычисления и глобальные коммуникации.
