Могли ли мы уже обнаружить темную материю?
Это вопрос, поставленный в новой статье, опубликованной 12 февраля в Журнале физики G. Авторы обрисовали в общих чертах, как темная материя может быть сделана из частицы, известной как гексакварк d * (2380), который, вероятно, был обнаружен в 2014 году.
Темная материя, которая создает гравитационное притяжение, но не излучает свет, не является чем-то, чего никто никогда не трогал и не видел. Мы не знаем, из чего он сделан, и бесчисленные поиски материала оказались пустыми. Но подавляющее большинство физиков убеждены, что оно существует. Доказательства распространены по всей вселенной: скопления звезд вращаются гораздо быстрее, чем они должны были, таинственные искажения света на ночном небе и даже дыры, пробитые в нашей галактике невидимым ударником, указывают на что-то существующее там - составляющее большинство массы вселенной - это мы еще не понимаем.
В наиболее широко изученных теориях темной материи участвуют целые классы никогда ранее не замеченных частиц, выходящих далеко за пределы Стандартной модели физики, доминирующей теории, описывающей субатомные частицы. Большинство из них подпадают под одну из двух категорий: легкие аксионы и тяжелые WIMP или слабо взаимодействующие массивные частицы. Существуют и другие, более экзотические теории, касающиеся еще не открытых видов нейтрино или теоретического класса микроскопических черных дыр. Но редко кто-либо предполагает, что темная материя состоит из того, что, как мы уже знаем, существует.
Михаил Башканов и Даниэль Уоттс, физики из Йоркского университета в Англии, сломали эту форму, утверждая, что гексакварк d * (2380), или «d-star», может объяснить все недостающие вопросы.
Кварки являются фундаментальными физическими частицами в Стандартной модели. Три из них, связанные вместе (используя частицы, известные как глюоны), могут сделать протон или нейтрон строительными блоками атомов. Расставьте их по-другому, и вы получите другие, более экзотические частицы. D-звезда - это положительно заряженная шестикварковая частица, которая, как полагают исследователи, существовала в течение секунды во время эксперимента 2014 года в немецком исследовательском центре в Юлихе. Потому что это было так быстро, что обнаружение d-звезды не было полностью подтверждено.
Отдельные d-звезды не могли объяснить темную материю, потому что они не живут достаточно долго, прежде чем распадаться. Однако Башканов сказал «Живой науке», что в начале истории Вселенной частицы могли слипаться вместе так, чтобы не дать им распасться.
Этот сценарий происходит с нейтронами. Извлеки нейтрон из ядра, и он очень быстро распадается, но смешай его с другими нейтронами и протонами внутри ядра, и он станет стабильным, сказал Башканов.
«Гексакварки ведут себя точно так же», - сказал Башканов.
Башканов и Уоттс предположили, что группы d-звезд могут образовывать вещества, известные как конденсаты Бозе-Эйнштейна, или БЭК. В квантовых экспериментах БЭК образуются, когда температура падает настолько низко, что атомы начинают перекрываться и смешиваться вместе, подобно протонам и нейтронам внутри атомов. Это состояние материи, отличное от твердого вещества.
В начале истории Вселенной эти БЭК могли бы захватывать свободные электроны, образуя нейтрально заряженный материал. Физики писали, что нейтрально заряженная d-звезда BEC будет вести себя во многом как темная материя: невидимая, скользящая сквозь светящуюся материю, без заметного столкновения с ней, но оказывающая значительное гравитационное воздействие на окружающую вселенную.
Причина, по которой вы не проваливаетесь через стул, сидя на нем, заключается в том, что электроны стула сталкиваются с электронами вашей задней стороны, создавая барьер из отрицательных электрических зарядов, которые отказываются пересекаться. По словам Башканова, в правильных условиях БЭК, состоящие из гексакварков с захваченными электронами, не будут иметь таких барьеров, проскальзывая через другие виды вещества, такие как совершенно нейтральные призраки.
Эти БЭК могли образоваться вскоре после Большого взрыва, когда пространство перешло из моря горячей кварк-глюонной плазмы без отчетливых атомных частиц в нашу современную эру с такими частицами, как протоны, нейтроны и их кузены. В тот момент, когда образовались эти основные атомные частицы, были идеальные условия для осаждения гексакварковых БЭК из кварк-глюонной плазмы.
«До этого перехода температура слишком высока, а после этого плотность слишком низкая», - сказал Башканов.
В этот переходный период кварки могли замерзнуть либо в обычные частицы, такие как протоны и нейтроны, либо в гексакварковые БЭК, которые сегодня могут составлять темную материю, сказал Башканов. Исследователи писали, что если эти шестиугольные BEC существуют, мы сможем их обнаружить. Несмотря на то, что BEC довольно долговечны, они время от времени разлагаются вокруг Земли. И этот распад будет обнаруживаться как особая сигнатура в детекторах, предназначенных для обнаружения космических лучей, и будет выглядеть так, как если бы он шел со всех сторон одновременно, как если бы источник заполнил все пространство.
Следующим шагом, по их словам, является поиск этой подписи.
