Гексакварк — новый кандидат на частицу темной материи

Считается, что темная материя численно превосходит обычную материю в соотношении пять к одному, но до сих пор она никогда не обнаруживалась напрямую. Теперь физики-ядерщики из Йоркского университета предложили новую потенциальную частицу, которая может быть квантом темной материи — и она уже обнаружена.

Почти столетие наблюдений и расчетов говорит нам, что во вселенной гораздо больше массы, чем просто та, что мы можем видеть. Эта неизвестная масса, кажется, взаимодействует с обычной материей только посредством гравитации и не излучает, не поглощает и не отражает какой-либо свет — отсюда и название темной материи.

Из чего состоит темная материя, остается загадкой на протяжении десятилетий, но физики предложили много частиц-кандидатов. Предложения включают в себя аксионы, темные фотоны, слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), сверхтяжелые гравитино, «макро» частицы с массой карликовой планеты и скалярные частицы старше Большого взрыва.

Но дело в том, что все эти частицы являются гипотетическими, и, несмотря на обширные эксперименты, ни одна из них не была подтверждена. И именно это делает новую гипотезу настолько интригующей — этот недавно предложенный кандидат уже обнаружен.

Технически эта частица называется d * (2380), или гексакварком d * (2380), и была открыта в экспериментах в 2014 году. Обычно протоны и нейтроны состоят из трех кварков (фундаментальных частиц), но это новая частица состоит из шести кварков 0 3 u-кварка и 3 d-кварка. Спины кварков выровнены, и подходы, основанные на КХД, такие как модели хиральных кварков, предсказывают очень компактную структуру, меньшую, чем один протон.

Гексакварки слипаются друг с другом необычными способами при определенных условиях. Например, при охлаждении почти до абсолютного нуля они образуют конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК), состояние вещества, при котором частицы начинают действовать как один большой «суператом».

И это, согласно новой гипотезе, может быть объяснением темной материи. Физики выдвигают гипотезу, что вскоре после Большого взрыва гексакварки d * должны были бы собраться как конденсаты Бозе-Эйнштейна в достаточном количестве, чтобы создать эффекты, которыми известна темная материя.

«Наши первые расчеты показывают, что конденсаты гексакварков d * являются новым возможным кандидатом на темную материю», — говорит Даниэль Уоттс, соавтор исследования. «Этот новый результат особенно интересен, поскольку не требует каких-либо новых для физики понятий».

Конечно, на данном этапе идея все еще гипотетическая, и необходима дальнейшая работа. Исследователи планируют проверить свою теорию в лаборатории и начать поиск в небе типов сигналов, которые могут указывать на то, что в космическом пространстве существует БЭК гексакварков d *.

«Следующим шагом для создания этого нового кандидата на темную материю станет более глубокое понимание того, как взаимодействуют гексакварки — когда они притягиваются и когда отталкиваются друг от друга», — говорит Михаил Башканов, соавтор исследования. «Мы проводим новые измерения, чтобы создать d * внутри атомного ядра и посмотреть, отличаются ли их свойства от того, когда они находятся в свободном пространстве».

Исследование было опубликовано в журнале Physics G. Letters.