Тёмная материя может находиться в скрытом пятом измерении

Фото из открытых источников

Исследователи из Шеффилдского университета предложили теоретическую модель, связывающую геометрию дополнительных измерений с поведением темной материи, что устраняет необходимость в искусственных корректировках физических моделей.

Согласно новой теории, разработанной учеными из Шеффилдского университета, темная материя, это загадочное вещество, удерживающее галактики вместе, может быть естественным образом «настроена» на скрытое пятое измерение. Эта теория призвана пролить свет на одну из величайших загадок современной науки.

Концепция темной материи десятилетиями исследовалась как учеными, так и писателями-фантастами. Однако, несмотря на свое присутствие в популярной культуре, темная материя остается одной из наиболее значимых нерешенных проблем в области физики.

Ученые уверены в его существовании благодаря огромному гравитационному воздействию, которое действует как невидимый «космический клей», удерживающий галактики вместе. Тем не менее, темная материя никогда не наблюдалась напрямую, и ее истинная природа остается окутанной тайной. Эта уверенность, основанная на гравитационных эффектах, контрастирует с неспособностью исследователей обнаружить ее с помощью обычных приборов, что привело научное сообщество к выдвижению широкого спектра гипотез о ее составе.

Возможность существования темной материи в дополнительном, скрытом измерении в последние годы стала предметом интенсивных исследований, но ученые из Шеффилдского университета пошли еще дальше в этом направлении. Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, представляет убедительную теоретическую основу для объяснения поведения темной материи и причин, по которым ее в настоящее время так трудно обнаружить.

Исследование предполагает, что тёмная материя находится в скрытом дополнительном измерении вместе с частицей-переносчиком силы, известной как тёмный фотон. Согласно теории, специфическая геометрия и форма этого дополнительного измерения приводят к тому, что массы этих частиц выравниваются в точно определённом порядке. Это выравнивание создаёт явление, называемое резонансом тёмной материи, которое имеет некоторое сходство с тем, как музыкальный инструмент интенсивно вибрирует, когда он ударяет по определённой ноте.

Ю-Дай Цай, ведущий исследователь Королевского общества имени Дороти Ходжкин из Шеффилдского университета, объяснил, что резонанс темной материи уже известен как мощная идея, способная изменить наше понимание того, как это вещество сформировалось в ранней Вселенной и как в настоящее время ведутся его поиски. Однако многие ранее разработанные модели резонансной темной материи рассматривали резонанс как предположение, тогда как работа, проведенная в Шеффилде, предлагает возможное более глубокое объяснение происхождения этого явления.

По мнению исследователей, резонанс может быть напрямую связан с геометрией скрытых измерений. Этот механизм позволил бы взаимодействиям темной материи быть гораздо сильнее в ключевые эпохи космической истории, например, в ранней Вселенной. Однако модель позволяет согласовать эти сильные взаимодействия в прошлом с очевидной инерцией и сложностью обнаружения темной материи сегодня.

Резонанс темной материи и дополнительные измерения изучались независимо друг от друга в прошлом, но предыдущие физические модели требовали тщательной настройки или «ручной установки» масс частиц для корректной работы физических процессов. Исследование, проведенное в Шеффилде, предполагает, что эта идеальная настройка не случайна, а возникает естественным образом из математической структуры самого скрытого измерения.

Цай добавил, что понимание темной материи станет огромным шагом вперед в человеческих знаниях о космосе и его составе. Исследование предоставляет физикам четкие новые цели в поисках этого неуловимого вещества, одновременно связывая две важнейшие идеи фундаментальной физики: тайну темной материи и существование скрытых измерений.

Помимо расширения нашего понимания космоса, поиск темной материи косвенно стимулирует практический технологический прогресс. Сверхчувствительные детекторы, криогенные системы, малошумящая электроника и технологии квантовых измерений, разработанные для поиска темной материи, могут способствовать прогрессу в медицине, вычислительной технике и глобальных коммуникациях. Передача этих технологий, хотя и не является основной целью исследований, представляет собой значительный побочный эффект усилий по разгадке одной из величайших загадок современной физики.

Исследование открывает новые возможности для экспериментов и наблюдений, предоставляя физикам теоретическую основу для будущих исследований. Предложение Шеффилдского университета, устраняя необходимость в искусственных корректировках физических моделей, может способствовать разработке более конкретных и эффективных экспериментов в поисках этого неуловимого вещества, составляющего приблизительно 85% материи во Вселенной.