Физики-теоретики из Университета Вандербильта предложили простую теорию для объяснения таинственного феномена темной материи: большая часть материи в нашей Вселенной состоит из частиц, обладающих аномальным электромагнитным полем в виде бублика – анаполем. Профессор Роберт Шеррер (Robert Scherrer) и научный сотрудник с ученой степенью Чиу Ман Хо (Chiu Man Ho) сейчас готовятся проверить эту теорию. Шеррер подчеркивает, что ему эта теория нравится тем, что она «проста, уникальна и поддается проверке».
По некоторым данным, примерно 80% вещества во Вселенной состоит из темной материи – но физики не могу наблюдать ее напрямую, так как она не излучает света или энергии. Шеррер и Хо предположили, что темная материя состоит из элементарных частиц, известных как майорановские фермионы.
Но это предположение уже выдвигалось учеными. Новизна концепции Шеррера и Хо состоит в том, что, по их мнению, эти частицы уникально приспособлены к обладанию анаполем – и поэтому майорановские частицы так сложно обнаружить: ведь у большинства частиц электромагнитное поле имеет два полюса (положительный и отрицательный).
«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», – заявил Шеррер.
С тех пор как итальянский физик Этторе Майорана представил вариант уравнения Дирака, предсказывающий существование нейтрально заряженного фермиона, физики ищут майорановские фермионы. Хотя главным «кандидатом» на это звание остается нейтрино, природа фермионов пока остается неясной.
Также ученые считают, что темная материя объясняет аномально высокую скорость движения звезд, удаленных от центра галактик. В этих галактиках, видимо, имеется много невидимой телескопам темной материи.
Некоторые физики изучили частицы темной материи, не имеющие электрического заряда, но обладающие электрическим или магнитным диполем. К сожалению, даже эти сложные модели не подходят майорановским фермионам.
По мнению Шерерра и Хо, «фундаментальная симметрия» природы не дает майорановским фермионам приобретать какие-либо электромагнитные свойства, кроме анаполя. Физики считают, что частицы с анаполем должны двигаться до того, как вступают во взаимодействие, и, чем быстрее они двигаются, тем лучше взаимодействуют. Следовательно, анапольные частицы взаимодействовали гораздо больше в ранней Вселенной, и со временем становились менее активными.
Частицы анапольной темной материи должны были бы разрушиться в ранней Вселенной, а из их останков получилась современная темная материя. Двигается она сейчас гораздо медленнее. Поскольку взаимодействие анаполей зависит от скорости, неудивительно, что оно пока уходило от внимания физиков.
Данные исследования опубликованы в журнале Physics Letters B.
На фото: сравнение анапольного поля с обычными электрическим и магнитным диполем. Анапольное поле (сверху) создается тороидальным электрическим током. В результате оно заключено внутри тора (“бублика”), а не распространяется вовне, как поля, создаваемые электрическим и магнитным диполем.