Ученые из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL), которые стоят во главе проекта Lattice Strong Dynamics Collaboration, разработали новую теорию, объясняющую то, почему так называемая темная материя успешно «уклоняется» от прямого обнаружения, невзирая на все усилия, предпринимаемые в этом направлении. Кроме этого, в новой теории присутствует объяснение феномену «недостающей» массы материи во Вселенной, который был обнаружен учеными-астрономами по эффекту влияния на лучи света гравитационных сил галактик, скоплений галактик и других сверхмассивных космических объектов.
Ученые объединили все имеющиеся на сегодняшний день теоретические знания в этой области с самыми современными технологиями вычислительного моделирования. И новая теория была воплощена в виде сложнейшей математической модели, расчеты которой были произведены на суперкомпьютере Vulcan, производительностью 2 петафлопса, который находится в распоряжении Ливерморской лаборатории. Результаты расчетов пролили некоторый свет на «невидимость» темной материи и идентифицировали условия, при соблюдении которых темная материя начнет бурно взаимодействовать с обычной материей, что позволит ученым обнаружить и изучить ее свойства. Только вот эти условия являются весьма и весьма экзотическими, это чрезвычайно высокотемпературная плазма, которая существовала во Вселенной в самые первые моменты ее существования.
«Взаимодействие между темной и обычной материей происходило очень интенсивно в молодой и горячей Вселенной. Затем, когда Вселенная охладилась, это взаимодействие прекратилось, перераспределение масс материи завершилось и темная материя «ушла в тень»» — рассказывает Пэвлос Врэнас (Pavlos Vranas), ученый из лаборатории LLNL и один из авторов работы под названием «Direct Detection of Stealth Dark Matter through Electromagnetic Polarizability», которая была принята к публикации журналом Physical Review Letters.
Темная материя, на долю которой приходится порядка 83 процентов от общего количества материи во Вселенной, не взаимодействует ни с электромагнитным излучением, ни с обычной материей. Свет не отражается от темной материи, а влияние ее на обычную материю столь слабо, что его невозможно зарегистрировать даже самыми высокочувствительными приборами. Единственным проявлением влияния темной материи являются ее гравитационные силы, которые оказывают весьма сильное влияние на движение галактик и скоплений галактик, не оставляя мест для сомнений в ее существовании.
Ключом к «раздвоению личности» темной материи является температура, которая наблюдается сейчас во Вселенной. Поясним, электрически заряженные кварки, из которых состоит нейтрон, при чрезвычайно высокой температуре активно взаимодействуют со всеми другими частицами. Но при снижении температуры они связываются, формируя электрически нейтральную сложную частицу. Но, в отличие от нейтрона, кварки в котором связаны при помощи сильных взаимодействий квантовой хромодинамики (quantum chromodynamics, QCD), аналог нейтрона темной материи связан при помощи новых и необнаруживаемых сильных взаимодействий, «темной формы» QCD-взаимодействий.
«Наша новая теория указывает на то, что один из кандидатов на звание частицы темной материи в несколько сот раз тяжелее протона и он также является соединением из нескольких электрически заряженных элементов» — рассказывает Пэвлос Врэнас, — «Раньше эти частицы успешно уклонялись от обнаружения, но теперь мы знаем, при каких условиях мы можем обнаружить их и изучить их свойства».
Подобно протонам, частицы невидимой темной материи стабильны и не распадаются за времена космологических масштабов. Однако, при очень редких случаях их спонтанного распада появляется большое количество вторичных электрически заряженных частиц, которые сами распадаются спустя мгновения после их появления. И, подобно частицам обычной материи, частицы темной материи могут возникнуть при высокоэнергетических столкновениях, к примеру, в недрах Большого Адронного Коллайдера. И если это произойдет, то «новорожденные» частицы темной материи станут первыми такими частицами, впервые возникшими за столь большое время после Большого Взрыва.
«Мы надеемся, что в ходе новых экспериментов на коллайдере будут получены новые данные, которые или подтвердят нашу теорию, или послужат ее опровержением» — рассказывает Пэвлос Врэнас.
Источник: