Параллельные кварки и тёмные барионы: физики предложили новую версию реальности

Две новые теоретические работы, представленные под руководством профессора Стефано Профумо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, предлагают неожиданные и смелые ответы на один из главных вопросов современной науки — что такое тёмная материя и откуда она взялась.

Хотя существование этой загадочной субстанции, на долю которой приходится около 80% всей материи во Вселенной, подтверждено косвенными наблюдениями, её физическая природа по-прежнему остаётся неуловимой. Ни один из существующих детекторов не смог зафиксировать прямое взаимодействие тёмной материи с обычной. Это заставляет физиков искать новые концептуальные подходы — и Профумо со своей командой, похоже, сделал шаг в этом направлении.

В первой работе, опубликованной в Physical Review D, учёные предлагают рассматривать тёмную материю как продукт скрытого сектора — параллельного "мирка" с собственными частицами и силами, но подчинённого тем же фундаментальным законам, что и видимая Вселенная. По этой теории, в ранней Вселенной могли существовать тёмные аналоги кварков и глюонов, которые объединялись в "тёмные барионы" — гипотетические аналоги протонов и нейтронов.

Если эти тёмные барионы в определённых условиях коллапсировали под действием гравитации, они могли бы образовать первичные чёрные дыры или сверхплотные объекты, почти не взаимодействующие с окружающим миром. Эти объекты, обладая массой близкой к планковской, могли бы объяснить распределение тёмной материи в космосе, не прибегая к экзотическим частицам вроде WIMP (слабо взаимодействующих массивных частиц).

Важно, что такая модель базируется на известных физических принципах, таких как калибровочные теории SU(N), и не требует ввода новых, недоказанных взаимодействий.

Во втором исследовании Профумо идёт ещё дальше: он предполагает, что тёмная материя могла быть порождена в момент ускоренного расширения Вселенной, вскоре после космической инфляции. Согласно этому сценарию, сам космический горизонт — граница наблюдаемой Вселенной — мог бы излучать стабильные частицы, подобно тому, как горизонты чёрных дыр излучают частицы согласно эффекту Унру-Хокинга.

Этот механизм использует идеи квантовой теории поля в искривлённом пространстве-времени и не требует ни столкновений, ни прямых взаимодействий с обычной материей. Единственное необходимое условие — стабильность этих частиц и их способность влиять на эволюцию Вселенной через гравитацию.