Темная материя остается одной из величайших загадок современной физики. Ясно, что она должна существовать, потому что без темной материи, например, нельзя объяснить движение галактик. Но еще ни разу не удалось обнаружить темную материю экспериментально.
В настоящее время есть много предложений для новых экспериментов: Они направлены на обнаружение темной материи непосредственно через ее рассеяние на составляющих атомных ядер среды обнаружения, т.е. протонов и нейтронов. Группа исследователей из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга в Германии предложили нового кандидата на роль темной материи: HYPER, или "высокоинтерактивные реликвии частиц".
В модели HYPER через некоторое время после образования темной материи в ранней Вселенной резко возрастает сила ее взаимодействия с нормальной материей, что, с одной стороны, делает ее потенциально обнаружимой сегодня и в то же время может объяснить обилие темной материи.
В чем отличие?
Поскольку поиск тяжелых частиц темной материи, или так называемых WIMPS, пока не привел к успеху, исследовательское сообщество ищет альтернативные частицы темной материи, особенно более легкие. В то же время, как правило, можно ожидать фазовых переходов в темном секторе — в конце концов, в видимом секторе их несколько, говорят ученые. Но предыдущие исследования, как правило, игнорировали их.
Не было согласованной модели темной материи для диапазона масс, к которому надеются получить доступ некоторые запланированные эксперименты. Однако новая модель HYPER показывает, что фазовый переход действительно может помочь облегчить обнаружение темной материи. Проблема этой модели: если темная материя слишком сильно взаимодействует с нормальной материей, ее (точно известное) количество, образовавшееся в ранней Вселенной, будет слишком маленьким, что противоречит астрофизическим наблюдениям. Однако, если ее производить в нужном количестве, взаимодействие, наоборот, будет слишком слабым для обнаружения темной материи в современных экспериментах.
Центральная идея, которая лежит в основе модели HYPER, заключается в том, что взаимодействие резко меняется один раз. И вот как это представляют себе исследователи: в физике элементарных частиц взаимодействие обычно опосредовано конкретной частицей, так называемым посредником, — то же самое относится и к взаимодействию темной материи с нормальной материей. И образование темной материи, и ее функция обнаружения через этого посредника, причем сила взаимодействия зависит от ее массы: чем больше масса, тем слабее взаимодействие.
Медиатор должен сначала быть достаточно тяжелым, чтобы образовалось правильное количество темной материи, а затем достаточно легким, чтобы темную материю вообще можно было обнаружить. Решение: после образования темной материи произошел фазовый переход, во время которого масса медиатора резко уменьшилась.
Таким образом, с одной стороны, количество темной материи поддерживается постоянным, а с другой стороны, взаимодействие усиливается или усиливается таким образом, что темную материю можно обнаружить напрямую. Новая модель охватывает практически весь диапазон параметров планируемых экспериментов.
