Ученые раскрыли тайну темной материи

Двое американских физиков заявили о том, что им удалось раскрыть все тайны темной материи. По их мнению, данная субстанция состоит из фермионов Майораны, которые могут генерировать особую разновидность электромагнитного поля — анаполь. Более того, ученые уверены в том, что их гипотеза в ближайшее время может быть проверена экспериментально.

С тех пор, как в 30-х годах прошлого столетия астрофизики обнаружили, что во всех известных на тот момент галактиках периферийные звезды движутся значительно быстрей, чем должны двигаться при данной галактической массе, у ученых зародилась мысль о существовании во Вселенной некой формы материи, которая практически не взаимодействует с электромагнитным излучением, а потому невидима. Позже ее назвали темной материей. По расчетам ученых, она составляет 85 процентов от всей материи Вселенной. Но вот из каких частиц состоит эта загадочная субстанция, пока никто точно сказать не может.

Впрочем, в последнее время физики считают, что частицы темной материи должны принадлежать к группе фермионов Майораны — частиц, которые умудряются быть одновременно и своими собственными античастицами. Подобное предположение превратилось в уверенность после ряда опытов, которые доказали существование подобного класса частиц. В то же время эти эксперименты не дали ответа на два главных вопроса. Действительно ли темная материя состоит из них? И если это так, то почему они не взаимодействуют с электромагнитным излучением?

И вот недавно два физика-теоретика из Университета Вандербильта Роберт Шеррер и Чу Ман Хо объявили о том, что им, возможно, удалось ответить на оба этих вопроса. Они детально проанализировали все, что на данный момент известно о фермионах Майораны и выяснили одну интересную вещь — эти частицы, хоть и являются электрически нейтральными, все-таки генерируют собственное электрическое поле. Однако оно не вступает во взаимодействие с другими полями, а все потому, что является анаполем.

Следует заметить, что возможность существования таких полей (правда, магнитных) предсказал еще в 1958 году отечественный физик Яков Борисович Зельдович. Для того чтобы понять, что это такое, представьте себе обычный магнит — он всегда имеет два полюса, то есть является диполем. Зельдович же обосновал возможность существования магнита вообще без полюсов — его-то и назвали анаполем. По его мнению, в роли такового магнита может выступать частица, генерирующая электрическое поле тороидальной формы (тор — это геометрическая фигура, в просторечии именуемая "бублик").

Самое интересное, что в настоящее время анаполь вовсе не является чистой "игрой разума" физиков-теоретиков. Не так давно анапольные свойства были обнаружены у ядер атомов цезия-133 и иттербия-174. То есть подобное вполне может встречаться в окружающем нас мире. И вот Шеррер и Чу, детально исследовав поведение фермионов Майораны, пришли к выводу, что генерируемое ими электрическое поле тоже должно иметь тороидальную форму. А это значит, что они являются анаполями. И это все объясняет — анаполи действительно не вступают во взаимодействие с электромагнитным излучением, поскольку их поле как бы замкнуто "само на себя". Если выразиться точнее, то любой анаполь является источником постоянного электромагнитного поля, которое целиком сосредоточено внутри самой системы, то есть поле сосредоточено внутри тороида и снаружи себя никак не проявляет.

Однако в данном случае речь идет лишь о статических частицах — согласно той же гипотезе Шеррера и Чу анапольные частицы темной материи могут взаимодействовать с электромагнитным полем. Но только тогда, когда они движутся, и чем больше скорость их движения, тем, соответственно, сильнее данное взаимодействие. Как пишут физики в своей статье в журнале Physics Letters B, именно по этой причине анаполи должны были активно участвовать в электромагнитных взаимодействиях на ранних этапах существования Вселенной.

В то же время по мере ее расширения и охлаждения эти анополи становились все менее и менее активными, ведь тогда падала их скорость, что сводило на нет возможность взаимодействия с частицами обычной материи. Именно поэтому сейчас их весьма сложно обнаружить экспериментально. Более того, по предположению ученых, большинство частиц анапольной материи должны были бы разрушиться еще в ранней Вселенной, а из их останков получилась современная темная материя. То есть все самые быстрые фермионы Майораны благополучно аннигилировали еще тогда, оставив на сегодня только самые медленные. Получается, что все эти 85 процентов темной материи — всего лишь жалкие тени былого великолепия.

"Большинство теорий темной материи предполагают, что она вступает во взаимодействия посредством экзотических сил, которые не встретить в обычном мире. Но анапольная темная материя пользуется обычным электромагнетизмом, который вы проходили в школе — той же силой, что заставляет магниты приклеиваться к холодильнику… Более того, наша модель дает конкретные прогнозы относительно того, когда и с какой скоростью ее частицы "проявятся" на многочисленных детекторах темной материи, спрятанных под землей по всему миру. Эти прогнозы позволяют за короткий срок экспериментально доказать или опровергнуть существование анапольной темной материи", — так прокомментировал это открытие один из авторов исследования Роберт Шеррер.

Как видите, авторы исследования совершенно уверены в том, что их гипотеза в ближайшее время может быть проверена экспериментально. И это делает честь как Шерреру и Чу, так и самой теории, ведь достаточно часто теоретики совершенно не могут предложить ни одного способа проверки своих измышлений. К тому же, построенная ими модель дает точные предсказания того, как должны проявляться электромагнитные свойства анапольных частиц в экспериментах, которые, без сомнения, будут проведены уже в ближайшем будущем…