85% Вселенной прятались от нас. Учёные нашли, где

Учёные предложили новый способ , который может наконец-то сделать ультралёгкие тёмные фотоны реальными кандидатами на роль тёмной материи, а значит, приблизить и её обнаружение.

Тёмная материя остаётся одной из главных загадок современной физики. По оценкам, она составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной, однако до сих пор её никто не видел напрямую.

Среди гипотетических частиц, которые могут объяснить природу тёмной материи, давно обсуждаются так называемые тёмные фотоны. Эти частицы напоминают обычные фотоны, только они обладают массой и почти не взаимодействуют с привычным веществом.

Однако теория тёмных фотонов долгое время сталкивалась с серьёзным препятствием: так называемым "кинетическим смешиванием". В ранней Вселенной тёмные фотоны из-за этой особенности формировали протяжённые структуры — космические струны. Из-за этого они не могли существовать как отдельные частицы, а значит, не подходили на роль тёмной материи, которая нужна для образования галактик и наблюдаемых гравитационных эффектов.

Дэвид Синсинейтс из Вашингтонского университета и Закари Вайнер из Института теоретической физики Периметр предложили свежий взгляд на проблему. Они обнаружили, что главное — это момент появления тёмных фотонов. Если отложить их рождение на более поздний этап эволюции Вселенной, можно избежать условий, при которых появляются космические струны. В их модели особое скалярное поле медленно изменяется со временем, а вместе с ним меняются параметры теории: в ранней Вселенной масса тёмных фотонов подавляется, а затем увеличивается через особый процесс, известный как тахионная неустойчивость.

В результате тёмные фотоны формируются тогда, когда Вселенная уже достаточно "разрежена" и не склонна к образованию космических струн. Такой подход не только сохраняет их как частицы, но и даёт новые возможности для поиска тёмной материи в лабораторных условиях.

Ранее считалось, что тёмные фотоны можно обнаружить только в крайне слабых взаимодействиях с обычным веществом — что делает экспериментальный поиск почти невозможным. Теперь же исследователи говорят, что их сценарий допускает более сильные взаимодействия, которые можно заметить в будущих экспериментах, например, в установках типа DM-Radio, ALPHA, Dark E-field и MADMAX. В таких экспериментах используются чувствительные детекторы, способные ловить слабые сигналы от тёмных фотонов, а также методы преобразования этих частиц в обычный свет внутри плазмы или радиочастотные техники.

Интересно, что отсроченное появление тёмных фотонов должно оставить свой след и в структуре самой Вселенной. Согласно расчётам, оно ведёт к появлению характерных мини-скоплений — мингало, которые могут быть замечены в будущем с помощью астрономических наблюдений, например, по своеобразным "дрожаниям" в яркости или движении звёзд.

Исследование не только даёт новые ориентиры для поиска тёмной материи , но и показывает, что некоторые старые теоретические ограничения больше не актуальны. Учёные подчеркивают, что альтернативные механизмы, такие как так называемая масса Штюкельберга, могут вести себя иначе, и вопрос о космических струнах там пока открыт. В целом новая работа возвращает интерес к тёмным фотонам как реальному кандидату на роль тёмной материи и даёт надежду, что её удастся обнаружить в недалёком будущем.