Могут ли «тёмные фотоны» объяснить существование тёмной материи?

Новые исследования показывают, что если темная материя состоит из «темных фотонов», то она не нагревала бы ранний космос так, как считали ученые ранее. Если это подтвердится, то это открытие может стать поворотным моментом в поисках самого загадочного вещества во Вселенной.

Темная материя остается такой неуловимой, потому что, несмотря на то, что она в пять раз больше обычной материи, из которой состоят звезды, планеты, луны и наши тела, она фактически невидима. Это происходит потому, что она не взаимодействует со светом. А тот факт, что электроны, протоны и нейтроны взаимодействуют со светом (или, точнее, с электромагнитным излучением), вдохновил на поиск частиц за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц, что привело к появлению множества гипотетических кандидатов на роль темной материи.

Одним из таких кандидатов является тёмный фотон, аналог фотона в тёмной вселенной, несущий силу, отличную от электромагнетизма, за который отвечают стандартные фотоны.

Когда в прошлом рассматривались тёмные фотоны, учёные приходили к выводу, что они превращались в обычные фотоны, ещё находясь в густом и плотном «супе», заполнявшем ранний космос. Это ещё больше нагревало и без того раскалённую плазму и оставляло обнаруживаемые следы тёмных фотонов.

Это существенно ограничивает параметры поиска, в которых могли бы существовать тёмные фотоны, — настолько, что многие космологические наблюдения исключают существование тёмных фотонов.

Новые компьютерные симуляции показывают, что отвод тёмных фотонов, возможно, был несколько поспешным. Превращение тёмных фотонов в фотоны прекратилось бы до того, как мог бы произойти значительный нагрев.

Это позволяет вновь использовать ранее исключенные параметры поиска. «Эти исключения указывали на то, что сила темной материи должна быть в 10^8 раз слабее, чем она может быть на самом деле», — заявляют исследователи из Университета Мэриленда. «Это открывает открывает множество новых возможностей для поиска темной материи».

Группа исследователей, проводившая это исследование, впервые заметила признаки того, что превращение темных фотонов в фотоны может быть не таким простым процессом, как предполагали ученые, когда поняла, что количество задействованной энергии подозрительно велико. Проблема, как они стали подозревать, заключалась в том, что этот процесс считался линейным; другими словами, высвобождаемая энергия постепенно и неуклонно преобразуется в плазму.

«В течение последних 15 лет применялся линейный подход к лечению. Используя это приближение, можно вычислить величину передачи энергии, и она оказывается очень большой», — говорят исследователи.

Проведя свои первые компьютерные симуляции, авторы поняли, что линейный процесс не позволяет получить полную картину.

«Мы поняли, что по мере преобразования энергии в плазму Стандартной модели, плазма фактически начинает вести себя непредсказуемо», — говорят авторы исследования. «В системе много нелинейностей, и эти нелинейности, по сути, прекращают преобразование энергии после преобразования даже небольшого количества энергии».

Данное исследование представляет собой значительное расширение параметров, в которых могут существовать темные фотоны, существенно расширяя эту метафорическую область поиска. Фактически, оно может также повлиять на поиск гипотетических частиц за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц.

«Благодаря точным расчетам параметров плазмы ранней Вселенной эксперименты позволят исследовать новые пространства параметров и, возможно, действительно что-то увидеть», — пишут авторы исследования в своем заключении.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: