Альтернативная теория: темная материя может состоять из других частиц, чем предполагалось. Ввиду безуспешных поисков кандидатов в частицы, таких как вимпы и аксионы, сейчас снова набирает обороты третий кандидат: так называемые сильно взаимодействующие массивные частицы (SIMP). По мнению некоторых физиков, эти частицы из экзотической комбинации кварков и антикварков могут объяснить расхождения между теорией и наблюдениями.
Это как заклинание: хотя четверть нашей Вселенной состоит из темной материи, до сих пор совершенно неизвестно, из каких частиц состоит эта экзотическая форма материи. Единственное, что кажется ясным, это то, что они должны быть частицами, которые взаимодействуют с обычной материей посредством гравитации, но в остальном почти не взаимодействуют. Именно поэтому отслеживание этих частиц так сложно.
Предыдущие кандидаты
«Слабо взаимодействующие массивные частицы» (WIMP) считаются наиболее многообещающими кандидатами на сегодняшний день. Говорят, что эти частицы имеют массу примерно в тысячу раз больше массы протона и даже не сильно взаимодействуют друг с другом. Однако до сих пор ни ускорители частиц, ни специальные детекторы, подобные эксперименту LUX, не смогли обнаружить следы вимпов.
Вторым кандидатом являются аксионы - гипотетические частицы, которые значительно легче вимпов. Модели предсказывают, что эти частицы могут быть в 10 миллиардов раз легче электрона и почти не взаимодействовать друг с другом или с обычной материей. Но поиски этих вариантов частиц пока безуспешны.
Экзотическая комбинация кварков в виде частиц?
Именно здесь в игру вступает третий кандидат - сильно взаимодействующие массивные частицы, или сокращенно SIMP.
Этот тип частиц, который постулировался в течение нескольких лет, должен быть легче и меньше, чем вимп, но тяжелее, чем аксион. И в отличие от своих двух конкурентов, они также должны иметь сильное влияние друг на друга посредством гравитации. Согласно некоторым теориям, SIMP могут состоять из экзотической комбинации кварка и антикварка.
Интересная вещь: SIMPs могут объяснить некоторые поведения темной материи, которые до сих пор было трудно согласовать с двумя другими кандидатами, такими как Хитоши Мураяма из Института Кавли в Японии и его коллега Йонит Хохберг из Еврейский университет в Иерусалиме сообщает о конференции по астрофизике.
Таинственный эффект торможения
Одним из этих ранее необъяснимых явлений является поведение темной материи во время столкновений галактик. Во время четырехстороннего столкновения в скоплении Abell 3827 часть обычной материи в галактиках уже смешалась, но темная материя отстает. Однако, если это состоит из частиц, которые почти не взаимодействуют друг с другом, трудно понять, что их замедляет, говорит Мураяма.
«Однако это можно было бы объяснить, если частицы темной материи сталкиваются друг с другом в этом столкновении - и таким образом мешают друг другу», - говорит физик. Это было бы невозможно с едва взаимодействующими вимпами и аксионами, но было бы с SIMP: «Для SIMP как связанного состояния новой комбинации кварков моя теория предсказывает именно такое поведение», - говорит Мураяма.
Расхождение в карликовых галактиках
SIMP могут объяснить еще одно явление: распределение темной материи в карликовых галактиках. Если предположить, что вимпы являются причинными частицами, то темная материя в центре этих галактик должна формировать плотно сгруппированный пик. По крайней мере, так показывают модели. «Но наблюдения показывают, что распределение гораздо более плоское», - объясняет физик. Это несоответствие также известно как несоответствие ядра и выступа.
Причина такого более плоского и менее концентрированного распределения темной материи, по мнению Мураямы, также может заключаться в свойствах SIMP: «Эти частицы могут сталкиваться друг с другом и, таким образом, рассеиваться», - говорится в сообщении. Исследователь.«Это сгладило бы профиль распределения в центре.» Аксионы и вимпы, с другой стороны, не будут отскакивать друг от друга и, следовательно, не будут рассеиваться.
Поиск продолжается
Но такие совпадения в лучшем случае являются индикаторами - для SIMP также до сих пор нет конкретных доказательств. Тем не менее, ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН или планируемый международный линейный коллайдер в Японии, могут быть использованы специально для поиска SIMP, говорит Мураяма..
«Конечно, мы не должны прекращать поиски вимпов, - говорит физик. Но область поиска этих частиц уже была сильно ограничена предыдущими экспериментами. Если вимпы существуют, они должны быть почти такими же призрачными, как нейтрино, миллиарды которых пролетают сквозь наши тела каждую секунду, не сталкиваясь с нашими атомами.