Нове дослідження показує, що в нашому Всесвіті може бути «темне дзеркало»

Невидима субстанція під назвою темна матерія залишається однією з найбільших загадок у космології. Можливо, згідно з новим дослідженням, ця дивна субстанція виникає з «темного дзеркального всесвіту», який був пов’язаний з нашим із зорі часів. Що, якби світ темної матерії був нашим власним дзеркалом, лише з порушеним набором правил? Нова теорія припускає, що це може пояснити, чому темна матерія, здається, така велика, але невидима.

Темна матерія — це таємнича, невідома речовина, яка, здається, становить основну частину всієї маси у Всесвіті; на кожні 2 фунти (1 кілограм) звичайної матерії припадає приблизно 10 фунтів (5 кг) темної матерії. Він не взаємодіє зі світлом або звичайною матерією. Єдиний спосіб, яким вчені можуть це виявити, — через його тонкий гравітаційний вплив на нормальну матерію, таку як рух зірок у галактиках і ріст надвеликих структур у космічному часі.

Може бути легко подумати, що оскільки матерія та темна матерія діють за різними правилами, одна буде повністю домінувати над іншою. Але, незважаючи на надзвичайно різні властивості, кількість нормальної матерії та темної матерії все одно однакова. Це здається дивним збігом обставин. Щоб пояснити це, вчені припустили, що між ними може бути якийсь прихований зв’язок. Вони опублікували своє дослідження 22 січня в препринтному журналі arXiv.

Дослідники припустили, що для кожної фізичної взаємодії в нормальній матерії існує її дзеркало у світі темної матерії. За словами дослідників, це буде новий вид симетрії в природі, що поєднує нормальний світ і темну матерію.

Ця симетрія допоможе пояснити, чому темна матерія та звичайна матерія мають приблизно однакову кількість.

У статті дослідники вказують на ще один дивний збіг. У фізиці нормальної матерії нейтрон і протон мають майже однакову масу, що дозволяє їм зв’язуватися разом і утворювати стабільні атоми. Якби протон був хоч трохи важчим, він був би абсолютно нестабільним і розпадався б лише за кілька хвилин, унеможливлюючи утворення атомів. У цьому уявному сценарії у Всесвіті залишиться море вільно плаваючих нейтронів.

Можливо, припускають дослідники, цей уявний розбитий космос може бути реальністю в дзеркальній версії темної матерії нашого Всесвіту. Особлива комбінація фізики призвела до того, що протон мав приблизно таку ж масу, як нейтрон; можливо, у дзеркалі темної матерії ця комбінація фізики діяла по-іншому, змушуючи «темний протон» випаровуватися й залишати позаду море «темних нейтронів» — те, що ми ідентифікуємо як темну матерію.

Незважаючи на те, що ця запропонована дзеркальна модель допускає можливість багатої взаємодії між частинками темної матерії — темними атомами, темною хімією та темною періодичною таблицею темних елементів — дослідники відзначили, що взаємодії не може бути занадто багато. Якщо темна матерія сильно взаємодіє сама із собою, вона буде мати тенденцію злипатися набагато більше, ніж думають вчені. Отже, більша частина темної матерії має бути відносно простою — морем вільно плаваючих нейтральних частинок.

Ці додаткові взаємодії, які будуть темним дзеркалом нашого хімічного світу, можуть дати майбутнім вченим можливість перевірити цю теорію. У ранньому Всесвіті нормальна матерія зазнала нуклеосинтезу, коли перші елементи утворилися в ядерній плазмі. Якщо ця нова ідея правильна, то в темній матерії також відбувався дзеркальний нуклеосинтез. У ті хаотичні перші дні між двома світами, можливо, відкрилися канали, що дозволило їм впливати один на одного.

Шляхом ретельного вимірювання швидкості утворення елементів — те, що наступне покоління космологічних обсерваторій сподівається зробити — вчені зможуть знайти докази існування одного з цих каналів і зазирнути в дзеркальний темний Всесвіт.