Новая концепция темной материи может наконец объяснить существование одной из самых таинственных субстанций во Вселенной.
Несмотря на то, что темная материя составляет примерно 27% всей энергии и массы космоса, природа этой субстанции до сих пор остается загадкой. Мы знаем о её существовании благодаря её гравитационному воздействию на обычную материю — это подтверждается, например, движением звезд в галактиках, динамикой галактических скоплений и распределением реликтового излучения. Однако ни одна из теоретических моделей, объясняющих роль темной материи, еще не была проверена экспериментально.
Исследователи из Университета Сан-Паулу предложили принципиально новую модель неупругой темной материи, которая взаимодействует с обычной материей через особый векторный посредник — частицу, аналогичную фотону, но обладающую массой. Этот посредник должен создать слабое, но фиксируемое взаимодействие между двумя секторами — темным и обычным. При этом модель сосредоточена не на тяжелых частицах, которые ранее искали с помощью Большого адронного коллайдера, а на легких, которые взаимодействуют так слабо, что до сих пор оставались незамеченными.
Ключевым аспектом данной модели является механизм так называемого «термического замораживания». Согласно этой концепции, в ранней Вселенной все частицы находились в термодинамическом равновесии. По мере расширения и охлаждения космоса взаимодействия между некоторыми из них прекратились, и их количество «заморозилось» — то есть перестало меняться. Этот механизм хорошо объясняет происхождение некоторых известных частиц Стандартной модели и, следовательно, считается многообещающим и для темной материи.
В рамках новой концепции темная материя представлена двумя частицами: стабильной χ₁, которая составляет основную массу темной материи, и немного более тяжелой нестабильной χ₂, которая может распадаться на χ₁ и частицы обычной материи. Обе частицы взаимодействуют через векторного посредника ZQ, который выступает в роли своеобразного моста между темной материей и частицами Стандартной модели. Это взаимодействие происходит не напрямую, а через «портал» — новый тип частиц, которые отсутствуют в известной физике. В отличие от более простых моделей, где посредник не взаимодействует напрямую с темной материей, в данном варианте взаимодействие осуществляется сразу с обеими частицами — χ₁ и χ₂.
