Новая элементарная частица может оказаться «атомом» темной материи

Исследователи считают, что вновь идентифицированная субатомная частица могла сформировать темную материю нашей Вселенной вскоре после Большого взрыва, произошедшего примерно 13,8 миллиарда лет назад.

Хотя ученым удалось выяснить, что до 27 процентов материи во Вселенной может приходиться на темную материю, наше понимание этой таинственной субстанции до сих пор остается весьма скудным, поскольку никто никогда не наблюдал ее напрямую.

Теперь в новом исследовании физики-ядерщики предполагают, что темная материя может состоять из недавно обнаруженных частиц – гексакварков d*.

Как протоны, так и нейтроны состоят из трех мельчайших частиц, называемых кварками. Гексакварки отличаются тем, что состоят не из трех, а из шести кварков. Их существование было предсказано еще несколько десятилетий назад, и в 2014 г. ученым удалось подтвердить эту гипотезу.

Хотя эти экзотические частицы состоят из большего числа кварков, чем протоны, на самом деле гексакварки намного меньше по размерам, чем хорошо знакомые нам частицы. Гексакварки относятся к бозонам, и это означает, что множества гексакварков d* могут формировать структуры, отличающиеся от тех структур, которые образуют протоны и нейтроны.

Согласно Михаилу Башканову с кафедры физики Йоркского университета, Великобритания, гексакварки могли конденсироваться, формируя темную материю, в необычных условиях сразу после Большого взрыва.

В первые моменты после этого события Вселенная представляла собой остывающий океан субатомных частиц, «большую кастрюлю супа из кварков», сказал Башканов.

В своем исследовании Башканов и его коллега Дэниэл Уоттс (Daniel Watts) показывают, что в ранний период развития Вселенной гексакварки d* могли при остывании формировать то, что называют конденсатом Бозе-Эйнштейна (BEC).

BEC представляет собой экзотическое, пятое состояние материи, которое наблюдается, когда облако субатомных частиц остывает до температур, приближающихся к абсолютному нулю Кельвинов (минус 273,15 градусов Цельсия). При этих экстремальных температурах частицы объединяются в единую структуру, которая может быть описана при помощи волновой функции. Другими словами, частицы объединяются и ведут себя так, словно они представляют собой единый атом.

Несмотря на то что гексакварки в лаборатории склонны к быстрому спонтанному распаду, Башканов считает, что они являются намного более стабильными и долгоживущими в недрах нейтронных звезд и, возможно, также в составе BEC.

Поэтому, как объяснил Башканов, ученые считают, что вскоре после формирования Вселенной в результате Большого взрыва гексакварки могли сконденсироваться в BEC – и этот уникальный BEC представляет собой то, что мы сегодня называем темной материей.

Исследование опубликовано в журнале Physics G Letters.