Пристальный взгляд в зеркало: размышления о темной материи
Невидимое вещество, называемое темной материей, остается одной из величайших загадок космологии. Возможно, как предполагает новое исследование, это странное вещество возникает из «темной зеркальной вселенной», которая была связана с нашей с незапамятных времен.
Темная материя — это загадочное, неизвестное вещество, которое, кажется, составляет большую часть всей массы во Вселенной; на каждый килограмм обычной материи приходится примерно пять килограмм темной.
Она не взаимодействует со светом или обычной материей. Единственный способ, которым ученые могут обнаружить ее, — это гравитационное влияние на обычную материю, такое как движение звезд внутри галактик и рост сверхбольших структур в космическом пространстве.
Можно подумать, что, поскольку материя и темная материя действуют по разным правилам, одна будет полностью доминировать над другой. Но, несмотря на совершенно разные свойства, количество нормальной материи и темной материи все еще находится на одном уровне. Это кажется странным совпадением. Чтобы объяснить это, ученые предположили, что между ними может быть какая-то скрытая связь.
Исследователи выдвинули идею, что для каждого физического взаимодействия в обычной материи есть свое зеркало в мире темной материи. По словам ученых, это будет новый вид симметрии в природе, соединяющий миры нормальной и темной материи.
Эта симметрия могла бы помочь объяснить, почему темная материя и обычная материя имеют примерно одинаковое содержание.
В статье исследователи отмечают еще одно странное совпадение. В физике обычной материи нейтрон и протон имеют почти одинаковую массу, что позволяет им связываться друг с другом и образовывать стабильные атомы.
Если бы протон был хоть немного тяжелее, он был бы совершенно нестабильным и распался бы всего за несколько минут, что сделало бы невозможным образование атомов. В этом воображаемом сценарии во Вселенной останется море свободно плавающих нейтронов.
Возможно, предполагают исследователи, этот воображаемый разрушенный космос может оказаться реальностью в зеркальной версии темной материи нашей Вселенной. Особая комбинация физических явлений привела к тому, что протон имел примерно ту же массу, что и нейтрон; возможно, в зеркале темной материи эта комбинация физических процессов действовала по-другому, заставляя «темный протон» испаряться и оставлять после себя море «темных нейтронов» — то, что мы называем темной материей.
Хотя предложенная модель зеркала допускает возможность богатых взаимодействий между частицами темной материи — темными атомами, темной химией и темной периодической таблицей темных элементов — взаимодействия не может быть слишком много, отмечают исследователи. Если темная материя много взаимодействует сама с собой, она будет иметь тенденцию слипаться гораздо сильнее, чем думают ученые.
Таким образом, большая часть темной материи должна быть относительно простой — море свободно плавающих нейтральных частиц.
Эти дополнительные взаимодействия, которые могли бы стать темным зеркалом нашего мира, могут позволить ученым в будущем проверить эту теорию.
В ранней Вселенной нормальная материя подверглась нуклеосинтезу, когда первые элементы образовались в ядерной плазме. Если эта новая идея верна, то в темной материи также происходил зеркальный нуклеосинтез. В те хаотичные первые дни между двумя мирами могли открыться каналы, позволяющие им влиять друг на друга.
Тщательно измеряя скорость образования элементов (что может сделать следующее поколение космологических обсерваторий) ученые смогут найти доказательства существования одного из этих каналов и заглянуть в зеркальную темную вселенную.
Статья об исследовании опубликована в журнале препринтов arXiv.