Ученые предложили новую модель темной материи с тяжелыми составными частицами
Группа физиков-теоретиков предложила новую модель темной материи, в которой набор фундаментальных частиц и их взаимодействий похож на сильно-взаимодействующий сектор Стандартной модели, описываемый квантовой хромодинамикой. В рамках этого описания наблюдаемая в настоящее время темная материя состоит из аналогов привычных нам сильно-взаимодействующих частиц, но с темными кварками и глюонами входящими в их состав. Эти частицы образуются в ранней Вселенной во время фазового перехода конфайнмент/деконфаймент и имеют большую массу, а также потенциально достаточно сильно взаимодействуют с частицами Стандартной модели, что объясняет трудности с их экспериментальным обнаружением в лабораторных экспериментах. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Астрономические наблюдения за темпом расширения Вселенной, скоростью движения звезд в галактиках, а также теоретический анализ темпа формирования последних, указывают на то, что около 85 процентов массы вещества приходится на темную материю. Главным кандидатом на роль ее составляющих считаются массивные элементарные частицы, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействиях — вимпы (WIMP, weakly interacting massive particle), однако не существует общепринятой теории, описывающей количество этих частиц, их свойства, а также детали их взаимодействия друг с другом и с другими частицами.
Одна из гипотез происхождения темной материи гласит, что ее частицы могут быть составными, и устроены они аналогично привычным нам адронам, состоящим из кварков и глюонов. В таких теориях существует характерный масштаб энергий Λ, при котором происходит конфайнмент — если энергия взаимодействующих фундаментальных частиц падает ниже этой энергии, то они объединяются в темный адрон. Когда физики рассматривают космологическую эволюцию темной материи, то возможны два варианта: Λ больше энергии, при которой происходит вымораживание темных кварков, то есть их выпадение из термодинамического равновесия с другими частицами, или же она меньше. Первый вариант рассматривался учеными ранее, и приводил к результатам качественно близким к другим моделям темной энергии, состоящей из вимпов.