Физики нашли нового кандидата на темную материю

Что-то во Вселенной создает больше массы, чем мы видим нашими инструментами. Мы знаем об этом по гравитационному эффекту, которое это нечто оказывает на галактики, звезды, туманности и другие видимые нам объекты Вселенной. Этому нечто мы дали название темная материя.

Мы не знаем, из чего она состоит. И вот ученые нашли нового кандидата  — частицу, которая может быть той самой темной материей.

Речь о недавно открытой субатомной частице гексакварк d-star. В первичной темноте после Большого взрыва эти частицы могли объединиться и стать темной материей.

Вопрос темной материи волнует ученых уже почти сто лет. Впервые ее заметили по вертикальному движению звезд, которое указывало на то, что вокруг них больше массы, чем мы видим.

Сегодня мы наблюдаем воздействие темной материи и в других ситуациях. В частности, при гравитационном линзировании и в движении окраин галактических дисков, которые движутся слишком уж быстро.

Пока что нам не удалось засечь темную материю напрямую. Она не поглощает, не излучает и не отражает никакой вид электромагнитного излучения. Но ее гравитационное воздействие велико. Настолько велико, что, по нашим оценкам, до 85% материи во Вселенной может быть темной материей.

Ученые хотят наконец-то разобраться с этим вопросом, так как ответ может немало поведать нам о том, как формировалась Вселенная. Если темной материи не существует, это будет означать, что наша стандартная модель физики частиц неверна.

За прошедшие годы было выдвинуто немало кандидатов в составляющие темной материи. Среди них и аксионы, и темные протоны, и вимпы, и супертяжелые гравитино, и “макро” частицы массой с карликовую планету, и скалярные частицы старше Вселенной. На этот раз ученые предложили гексакварк d-star, или d*(2380), который был обнаружен в ходе экспериментов в 2014 году.

«Наши вычисления позволяют предположить, что конденсат частиц d-star может быть новым кандидатом на составляющую темной материи. И этот результат особенно привлекателен, ведь в этом случае [в объяснении] не участвуют никакие новые для физики идеи» — объясняет ядерный физик Дэниель Уоттс (Daniel Watts) из Университета Йорка в Великобритании.

Кварки  — это фундаментальные частицы, которые обычно объединяются тройками и рождают протоны и нейтроны. Такие трехкварковые частицы называют барионами. Большая часть видимой материи во Вселенной состоит как раз из барионов. Когда же объединяются шесть кварков, они создают дибарион, или гексакварк.

Гексакварк D-star интересен тем, что это бозон  —  частица, которая подчиняется статистике Бозе - Эйнштейна. В определенных условиях бозоны объединяются очень необычным образом. При температуре около абсолютного нуля они формируют конденсат Бозе-Эйнштейна — состояние материи, при котором частицы начинают вести себя как один большой «суператом».

Именно это, по словам автора исследования, и может объяснить темную материю.

Физики из Йорка выдвинули гипотезу, что условия после Большого взрыва как раз подходили для того, чтобы гексакварки d-star создали конденсат Бозе-Эйнштейна в достаточно больших количествах для создания всех тех эффектов, которые мы приписываем темной материи.

Конечно, на данном этапе это всего лишь гипотеза. Сперва ученые хотят протестировать ее в лаборатории, а затем обратиться к наблюдениям космоса в поиске конденсата Бозе-Эйнштейна из этих гексакварков.

Научная статья была опубликована в Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. DOI:10.1088/1361-6471/ab67e8