Фізики з'ясували, звідки взялася загадкова темна матерія: відповідь може здивувати

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Earth.

Нова теорія походження темної матерії

Фізики вважають, що 85% загальної маси Всесвіту становить темна матерія. Її не можна побачити, але вона створює гравітаційні ефекти, які не можна пояснити видимою матерією.

Автори дослідження дійшли висновку, що темна матерія була створена на самому початку історії Всесвіту внаслідок зіткнення високоенергетичних безмасових частинок, які втратили свою енергію і набули маси одразу після об'єднання в пари.

Темна матерія почалася майже як світло

За словами фізиків, темна матерія почалася у вигляді частинок, які не мали маси, і переміщалися майже зі швидкістю світла, і ці частинки були схожі на фотони, тобто частинки світла. Але це припущення суперечить тому, чим вважається темна матерія: холодними масивними згустками, які надають галактикам масу. Нова теорія пояснює, як темна матерія перетворилася з майже безмасових частинок схожих на частинки світла на згустки з масою.

Фізики вважають, що високоенергетичні кванти заповнили Всесвіт одразу після Великого вибуху 13,8 млрд років тому. Фотони також є квантами, які є переносниками електромагнітної взаємодії. За певних умов надзвичайно велика кількість цих гіпотетичних частинок зв'язалася одна з одною, оскільки їхні спіни (власний момент імпульсу) були спрямовані в протилежні боки, що було схоже на тяжіння між полюсами магніту.

У міру охолодження частинок відбулося різке зниження їхньої енергії, але інерція різко зросла. Це було схоже на конденсацію гарячої пари, яка перетворюється на холодну воду. У результаті утворилися холодні важкі частинки, з яких, як вважають фізики, складається темна матерія. Цей фазовий перехід допомагає пояснити велику кількість темної матерії, яку можна побачити сьогодні у Всесвіті.

Доказ теорії про темну матерію існує в надпровідниках

Учені запропонували нову частинку, яка могла б спричинити такий фазовий перехід до темної матерії. Але фізикам відомо, що електрони також можуть здійснювати подібний фазовий перехід.

За дуже низької температури два електрони з протилежними спінами в деяких надпровідниках металах утворюють куперівські пари, які можуть проводити електрику без опору. Фізики наводять існування куперівських пар як доказ того, що безмасові частинки в їхній теорії могли б конденсуватися в темну матерію.

Якщо ця аналогія правильна, то пари гіпотетичних частинок охололи б до стану, майже вільного від тиску, а це ключова ознака невидимої матерії, гравітація якої формує галактики.

Теорія пояснює зниження щільності енергії у Всесвіті

Вчені кажуть, що їхня теорія пояснює, чому загальна щільність енергії у Всесвіті різко впала з перших миттєвостей його існування. Щільність знизилася з моменту Великого вибуху в міру розширення енергії Всесвіту. Але нова теорія також враховує збільшення щільності маси.

За словами фізиків, структури отримують свою масу через щільність холодної темної матерії, але також має бути механізм, за якого щільність енергії падає до рівня, близького до того, що ми бачимо сьогодні.

Різка конденсація безмасових квантів у масивні пари висмоктує енергію із загальної кількості випромінювання випромінювання, одночасно збільшуючи кількість матерії, що узгоджує теорію зі спостереженнями.

Підтвердити теорію походження темної матерії допоможе перше світло

Нова теорія припускає, що пари частинок увійшли в холодний стан, коли вони стали рухатися повільніше і набули маси. Цей фазовий перехід міг би залишити свій відбиток у реліктовому випромінюванні, першому світлі, яке пронизало весь Всесвіт через 380 000 років після Великого вибуху. Тому вивчення реліктового випромінювання може підтвердити теорію фізиків про створення темної матерії.

Як уже писав Фокус, учені з'ясували, наскільки легкою може бути темна матерія. Простіше кажучи, фізики визначили, яка нижня межа маси частинок загадкової речовини.

Також Фокус писав про те, що фізики створили матеріал, який не розтягується при розтягуванні, а стискається.