Ученые предполагают существование нового класса частиц темной материи
Темная материя — одна из самых таинственных и неуловимых субстанций во Вселенной, и, похоже, мы находимся на пороге откровений. Недавние исследования уже привлекли внимание ученых, предлагая новые перспективы в разгадке этой загадки.
Теория о массивных гравитонах
Среди наиболее захватывающих теорий, предложенных французскими и корейскими учеными, фигурируют массивные гравитоны. Эти гипотетические частицы описываются как «беженцы» из дополнительных измерений. Давайте рассмотрим ключевые моменты этой теории:
- Происхождение: Массивные гравитоны могли возникнуть в результате столкновений обычных частиц в ранней Вселенной.
- Масса: Исследования показывают, что масса этих гравитонов должна составлять менее 1 мегаэлектронвольта, что в два раза больше массы электрона.
- Взаимодействие: Гравитоны должны оставаться максимально пассивными, поскольку темная материя взаимодействует лишь через гравитацию.
Эта теория была опубликована в журнале Physical Review Letters и открывает новые горизонты для поиска доказательств существования этих частиц с использованием мощных ускорителей, таких как круговой коллайдер в ЦЕРНе, который стартует в 2035 году.
Эксперименты с аксионами
Еще одно важное направление исследований касается поиска аксионов — гипотетических частиц, которые также могут быть частью темной материи. Международная группа физиков разработала кристаллические структуры, в которых фотоны ведут себя как аксионы.
- Кристаллические структуры: Ученые использовали искусственные кристаллы, изготавливаемые из иттриевого железного граната, где фотоны перемещались по трехмерным краям структуры.
- Преобразование в фотоны: Согласно теории, аксионы могут преобразовываться в фотоны в мощном магнитном поле. Однако это преобразование ожидается как крайне неэффективное, что делает обнаружение сигналов от фотонов сложной задачей.
Поиск темных фотонов
Коллаборация NA62 в ЦЕРНе активно исследует темную материю, сосредоточив внимание на темных фотонах. Эти частицы могут оказаться связанными с темной материей.
- Методология: Эксперимент NA62 использует фиксированную мишень и высокоинтенсивный пучок протонов для изучения редких процессов, выходящих за рамки Стандартной модели.
- Результаты: Прямых доказательств существования темных фотонов пока не найдено, однако исследование помогает исключить новые параметры их массы и силы взаимодействия.
Ограничения на параметры темной материи
Физики из США и других стран продолжают устанавливать новые пределы на параметры частиц темной материи. Например, недавно опубликованное исследование в Physical Review Letters представило пределы на сечение рассеяния этих частиц в диапазоне энергий от 10 мегаэлектронвольт до 10 гигаэлектронвольт.
- Методы: Ученые использовали данные измерений влияния туннелирования частиц на декогеренцию квантовых устройств, таких как сверхпроводящие кубиты и резонаторы.
- Результаты: Это исследование дало возможность ограничить параметры термализованной темной материи и улучшить чувствительность детекторов.
Связь с массой бозона Хиггса
Группа ученых из Индийского института науки и образования вскрыла парадокс в оценке массы темной материи. Они утверждают, что фундаментальный предел массы темной материи связан с массой бозона Хиггса.
- Парадокс: Слишком «тяжелая» темная материя сделала бы невозможным взаимодействие частиц во Вселенной. Это ограничение объясняет, почему некоторые космологические модели теряют свою актуальность.
Заключение
Исследования по поиску частиц темной материи продолжаются с использованием различных теорий и методов. От теории массивных гравитонов до экспериментов с аксионами и темными фотонами — каждый шаг приближает нас к пониманию этой загадочной субстанции. Прямых доказательств пока нет, но прогресс в этой области открывает новые возможности для будущих исследований.