Новая теория о происхождении темной материи

Физики-теоретики представляют альтернативу парадигме WIMP.

Только небольшая часть Вселенной состоит из видимой материи. Самая большая ее часть невидима и состоит из темной материи и темной энергии. О темной энергии известно очень мало, но существует множество теорий и экспериментов по существованию темной материи, предназначенных для обнаружения этих еще не известных частиц.

Ученые из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) в Германии теперь придумали новую теорию о том, как темная материя могла сформироваться вскоре после возникновения Вселенной. Эта новая модель предлагает альтернативу парадигме WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), которая является предметом различных экспериментов в текущих исследованиях.

Темная материя присутствует во Вселенной, образуя галактики и самые крупные известные структуры в космосе. Она составляет около 23% нашей Вселенной, тогда как частицы, видимые нами, которые составляют звезды, планеты и даже жизнь на Земле, составляют лишь около четырех процентов от нее. Нынешнее предположение состоит в том, что темная материя является космологическим реликтом, и по существу оставалась стабильной с момента ее создания. «Мы оставили это предположение под вопросом, показывая, что в начале Вселенной темная материя могла быть нестабильной», - объяснил д-р Майкл Бейкер (Michael Baker) из группы теоретической физики высоких энергий (THEP) в Институте физики JGU. Эта неустойчивость также указывает на существование нового механизма, который объясняет наблюдаемое количество темной материи в космосе.

Устойчивость темной материи обычно объясняется принципом симметрии. Однако в своей работе д-р Майкл Бейкер (Michael Baker) и проф. Йоахим Копп (Joachim Kopp) демонстрируют, что Вселенная, возможно, прошла фазу, в течение которой эта симметрия была нарушена. Это означало бы, что гипотетическая частица темной материи может распадаться. Во время электрослабого фазового перехода симметрия, стабилизирующая темную материю, могла быть восстановлена, что позволяет ей продолжать существовать во Вселенной до настоящего времени.

С их новой теорией Бейкер и Копп ввели новый принцип в дискуссию о природе темной материи, который предлагает альтернативу общепринятой теории WIMP. До настоящего времени WIMP, или слабо взаимодействующие массивные частицы, считались наиболее вероятными компонентами темной материи, и для их поиска были проведены эксперименты с использованием сильно экранированных подземных детекторов. «Отсутствие каких-либо убедительных сигналов заставило нас начать искать альтернативы парадигме WIMP», - сказал проф. Копп.

Два физика утверждают, что новый механизм, который они предлагают, может быть связан с очевидным дисбалансом между веществом и антиматерией в космосе и может оставить отпечаток, который будет обнаружен в будущих экспериментах по гравитационным волнам. В своей статье, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters, Бейкер и Копп также указали перспективы поиска доказательств их нового принципа на ускорителе частиц LHC ЦЕРН и других экспериментальных установках.

В новой модели темной материи частица Хиггса отличается от свойств в Стандартной модели физики частиц. На рисунке показана энергия частицы Хиггса как функция параметров модели