Відкритя століття: фізики вважають, що знайшли частку темної матерії

Щось у Всесвіті створює більше маси, ніж ми можемо безпосередньо виявити. Ми знаємо, що вона є там через гравітаційний вплив на матерію, який ми можемо виявити; але ми не знаємо, що це таке і звідки взялося.

Ми називаємо цю невидиму масу «темною матерією», і фізики щойно визначили частку, яка може бути нею.

Кандидатом є не так давно виявлена субатомна частка, звана гексакварком d*. І в початковій пітьмі, що послідувала за Великим вибухом, вони могли б зібратися разом, щоб створити темну матерію.

Протягом майже століття темна матерія спантеличувала астрономів. Вперше її вплив було зафіксовано в русі зірок, який натякав на те, що навколо них було більше маси, ніж ми могли побачити.

Тепер ми можемо бачити вплив темної матерії і в інший динаміці – наприклад, при гравітаційному лінзуванні, коли світло огинає масивні об'єкти, такі як скупчення галактик. І обертання галактичних дисків, яке занадто швидке, щоб пояснити її видимою масою.

До сих пір ввжалося, що темну матерію неможливо виявити безпосередньо, оскільки вона не поглинає, не випромінює і не відображає електромагнітні випромінювання будь-якого типу. Але її гравітаційний ефект сильний – настільки сильний, що до 85% речовини у нашому Всесвіті може бути темною матерією.

За минулі роки було висунуто кілька кандидатів в темну матерію, але ми, схоже, наблизилися до пошуку відповіді. Гексакварк d * – формальна назва d*(2380) – найбільш ймовірний кандидат.

«Походження темної матерії у Всесвіті – це одне з найбільших питань в науці, на яке до сих пір немає відповіді», – пояснив фізик-ядерник Даніель Уоттс з Йоркського університету в Великобританії, – «Наші перші розрахунки показують, що конденсат d* є новим можливим кандидатом в темну матерію. Цей новий результат особливо цікавий, оскільки він не вимагає нових для фізики понять».

Кварки – це фундаментальні частинки, які зазвичай об'єднуються в групи по три, утворюючи протони і нейтрони. У сукупності ці трьохкваркові частки називаються баріонами, і велика частина матерії у Всесвіті складається з них. Зокрема, і наше Сонце, планети, космічний пил.

Коли шість кварків об'єднуються, це створює тип частинки, що зветься дібаріон, або гексакварк. Гексакваркі d* цікаві тим, що є бозонами, типом частинок, що підпорядковуються статистиці Бозе-Ейнштейна, основою для опису поведінки частинок. У цьому випадку це означає, що сукупність гексакварков d* може утворити щось, зване конденсатом Бозе-Ейнштейна.

Якщо в ранньому Всесвіті такий газ з гексакварков d* був всюди, коли він охолов після Великого вибуху, то, згідно з моделювання команди, він міг би об'єднатися, утворюючи конденсати Бозе-Ейнштейна. І ці конденсати можуть бути тим, що ми зараз називаємо темною матерією.

Очевидно, що все це у вищій мірі теорія, але чим більше кандидатів темної матерії вчені знаходять – і підтверджують або виключають – тим ближче ми до визначення, що таке темна матерія.

Дослідження було опубліковане в журналі Physics G: Ядерна фізика та фізика частинок.

Нагадаємо, неодавно вчені знайшли найстаріший матеріал на Землі, – йому більше років, ніж Сонячній системі.