Новая работа учёных показала, что если частицы тёмной материи слишком тяжёлые, это может разрушить основную модель устройства Вселенной, которую мы используем сегодня.
Тёмная материя — загадочный компонент космоса, который, как считают учёные, составляет большую часть массы Вселенной. Она невидима, практически не взаимодействует с обычной материей, но её гравитационное влияние объясняет множество аномалий: от слишком быстрых вращений звёзд внутри галактик до ускоренного роста крупных космических структур.
Однако исследователи всё ещё пытаются определить природу этой гипотетической материи. Большинство экспериментов по её поиску были сосредоточены на частицах массой от 10 до 1 000 гигаэлектронвольт (ГэВ), что соответствует массе известных тяжёлых частиц, таких как W-бозон или топ-кварк. Тем не менее, отсутствие результатов заставило учёных задуматься: а что если тёмная материя легче или тяжелее, чем предполагалось?
Согласно новой статье, опубликованной в базе данных arXiv, слишком тяжёлая тёмная материя создаёт серьёзные проблемы. В ранней Вселенной, когда она была горячей и плотной, взаимодействия между тёмной материей и обычной материей происходили чаще. По мере охлаждения и расширения космоса эти взаимодействия замедлялись, пока тёмная материя не «заморозилась» и стала практически незаметной.
Многие модели предполагают, что тёмная материя взаимодействует с частицами через бозон Хиггса — фундаментальную частицу, которая связывает большинство других частиц и отвечает за их массу. Однако, если масса частицы тёмной материи превышает несколько тысяч ГэВ, её влияние на бозон Хиггса становится слишком значительным. Это нарушает его наблюдаемую массу и, как следствие, разрушает всю систему взаимодействий частиц, предусмотренную Стандартной моделью физики.
Существуют альтернативные гипотезы, которые пытаются обойти эти ограничения. Например, тёмная материя может не взаимодействовать с обычной материей вовсе или взаимодействовать через неизвестные механизмы, не связанные с бозоном Хиггса. Однако такие сценарии требуют сложных доработок и дополнительных исследований.
Если гипотеза о невозможности существования тяжёлой тёмной материи подтвердится, это изменит направление научных поисков. Учёные всё чаще обращают внимание на так называемые аксионы — ультралёгкие частицы, которые также могут быть кандидатами на роль тёмной материи.
Будущее исследований тёмной материи может быть связано с переосмыслением экспериментальных подходов, направленных на поиск лёгких частиц, вместо массивных кандидатов. Это открывает новую страницу в изучении одной из самых больших загадок современной физики.