Ученые считают, что 80% массы Вселенной заполнено веществом неизвестной природы – темной материей. Она не участвует в электромагнитном взаимодействии, поэтому мы не можем ее увидеть своими глазами или в телескоп, однако о наличии этого вещества мы знаем по тому гравитационному воздействию, которое оно оказывает на обычную материю в галактике. Считается, что темная материя состоит из еще не открытых нами частиц – вимпов. Существует несколько научных экспериментов, которые ставят себе целью напрямую обнаружить эти вимпы (например, американский детектор LUX - Large Underground Xenon), однако до сих пор, несмотря на все усилия, поиски не увенчались успехом (1, 2, 3, 4).

Профессор физики и астрономии Канзасского университета Михаил Медведев предложил новую гипотезу о природе темной материи, которая не включает в себя крайне экзотические частицы. Статья американского ученого опубликована в одном из самых престижных журналов мира, Physical Review Letters. Свою модель Медведев назвал «многокомпонентной темной материей со смешанным ароматом». В его модели использованы гипотетические частицы, существование которых предсказано другими теориями. Согласно Стандартной модели, обычные атомы состоят из кварков и лептонов. Свойства (или ароматы) кварков и лептонов при соединении частиц друг с другом могут изменяться. Так и образуются смешанные ароматы.

«В повседневной жизни мы привыкли к тому, что каждая частица или атом имеют свою массу». – поясняет Медведев. – «Частица со смешанным ароматом ведет себя странно – у нее есть несколько масс одновременно – и это приводит к появлению интересных эффектов». Ученый сравнивает смешанный аромат с белым цветом, который является суммой всех цветов видимого спектра, но обладает собственными свойствами.

Согласно опубликованной статье, составными темной материи могут быть сложные частицы со смешанным ароматом, состоящие из гипотетических нейтралино, аксионов и стерильных нейтрино.

Ранее ученые обнаружили, что частицы со смешанным ароматом обладают свойством «квантового испарения» из гравитационного колодца при столкновении с другими частицами. По словам Медведева, это поразительный результат: космический корабль, сделанный из частиц со смешанными ароматами, легко доставил бы нас на орбиту Земли без всяких ракет. Ученый включил физику процесса «квантового испарения» в масштабную космологическую симуляцию на суперкомпьютере. В результате ему удалось получить экзотическую материю, которая очень слабо взаимодействовала с обычной.

На основе моделирования физики разработали новую модель, в которой темная материя не взаимодействует с остальной, является очень холодной (т. е. медленной), но обладает существенной массой. Эта модель получила название λ-CDM. Изначально в теории оставались расхождения с данными существующих наблюдений, однако статья Медведева, как утверждается, снимает большую их часть за счет введения двухкомпонентной смеси частиц со смешанным ароматом.

В моделировании был использован высокопроизводительный вычислительный комплекс XSEDE в Техасе. На иллюстрации сверху: результат распределения темной материи во Вселенной по результатам компьютерного моделирования двухкомпонентной λ-CDM, Канзасский университет. Справа: иллюстрация к эффекту квантового испарения, Канзасский университет.

• < Назад
• Вперёд >