Физики выяснили, откуда взялась загадочная темная материя: ответ может удивить

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Earth.

Новая теория происхождения темной материи

Физики считают, что 85% общей массы Вселенной составляет темная материя. Ее нельзя увидеть, но она создает гравитационные эффекты, которые нельзя объяснить видимой материей.

Авторы исследования пришли к выводу, что темная материя была создана в самом начале истории Вселенной в результате столкновения высокоэнергетических безмассовых частиц, которые потеряли свою энергию и приобрели массу сразу после объединения в пары.

Темная материя началась почти как свет

По словам физиков, темная материя началась в виде частиц, которые не имели массу, и перемещались почти со скоростью света, и эти частицы были похожи на фотоны, то есть частицы света. Но это предположение противоречит тому, чем считается темная материя: холодными массивными сгустками, которые придают галактикам массу. Новая теория объясняет, как темная материя превратилась из почти безмассовых частиц похожих на частицы света в сгустки с массой.

Физики считают, что высокоэнергетические кванты заполнили Вселенную сразу после Большого взрыва 13,8 млрд лет назад. Фотоны также являются квантами, которые являются переносчиками электромагнитного взаимодействия. При определенных условиях чрезвычайно большое количество этих гипотетических частиц связалось друг с другом поскольку их спины (собственный момент импульса) были направлены в противоположные стороны, что было похоже на притяжение между полюсами магнита.

По мере охлаждения частиц произошло резкое снижение их энергии, но инерция резко возросла. Это было похоже на конденсацию горячего пара, который превращается в холодную воду. В результате образовались холодные тяжелые частицы, из которых как считают физики, состоит темная материя. Этот фазовый переход помогает объяснить обилие темной материи, которое можно увидеть сегодня во Вселенной.

Доказательство теории о темной материи существует в сверхпроводниках

Ученые предложили новую частицу, которая могла бы вызвать такой фазовый переход к темной материи. Но физикам известно, что электроны также могут осуществлять подобный фазовый переход.

При очень низкой температуре два электрона с противоположными спинами в некоторых сверхпроводниках металлах образуют куперовские пары, которые могут проводить электричество без сопротивления. Физики приводят существование куперовских пар в качестве доказательства того, что безмассовые частицы в их теории могли бы конденсироваться в темную материю.

Если эта аналогия верна, то пары гипотетических частиц остыли бы до состояния, почти свободного от давления, а это ключевой признак невидимой материи, гравитация которой формирует галактики.

Теория объясняет снижение плотности энергии во Вселенной

Ученые говорят, что их теория объясняет почему общая плотность энергии во Вселенной резко упала с первых мгновений ее существования. Плотность снизилась с момента Большого взрыва по мере расширения энергии Вселенной. Но новая теория также учитывает увеличение плотности массы.

По словам физиков, структуры получают свою массу из-за плотности холодной темной материи, но также должен быть механизм, при котором плотность энергии падает до уровня, близкого к тому, что мы видим сегодня.

Резкая конденсация безмассовых квантов в массивные пары высасывает энергию из общего количества излучения излучения, одновременно увеличивая количество материи, что согласует теорию с наблюдениями.

Подтвердить теорию происхождения темной материи поможет первый свет

Новая теория предполагает, что пары частиц вошли в холодное состояние, когда они стали двигаться более медленно и обрели массу. Этот фазовый переход мог бы оставить свой отпечаток в реликтовом излучении, первом свете, который пронзил всю Вселенную через 380 000 лет после Большого взрыва. Поэтому изучение реликтового излучения может подтвердить теорию физиков о создании темной материи.

Как уже писал Фокус, ученые выяснили, насколько легкой может быть темная материя. Проще говоря, физики определили, какая нижняя граница массы частиц загадочного вещества.

Также Фокус писал о том, что физики создали материал, который не растягивается при растяжении, а сжимается.