Новая частица может стать ключом к природе тёмной материи

Физики много лет бьются над вопросом, из чего состоит тёмная материя. Теперь учёные предложили в качестве кандидата недавно открытую экзотическую частицу и выяснили, как проверить эту интригующую гипотезу.

Подробности изложены в научной статье, опубликованной в издании Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое тёмная материя и почему большинство специалистов считает, что по большей части она состоит не из электронов и атомных ядер.

Но из чего же в таком случае она состоит? У экспертов есть целый набор гипотетических частиц-кандидатов. Для проверки самых популярных гипотез сооружены большие и дорогие детекторы, но пока они ничего не обнаружили.

Между тем несколько лет назад учёные открыли новую частицу — d*(2380)-гексакварк (для краткости мы будем в дальнейшем называть его просто гексакварком). Он состоит из трёх u-кварков и трёх d-кварков.

Эти компоненты хорошо знакомы физикам, ведь из них "собраны" протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра. Так, протон включает два u-кварка и один d-кварк, а нейтрон — наоборот.

В новой статье Михаил Башканов (Mikhail Bashkanov) и Дэн Уаттс (Dan Watts) из Университета Йорка выдвинули гипотезу, что тёмная материя состоит из гексакварков. Она привлекательна тем, что нет необходимости вводить совершенно новые частицы, существование которых всё ещё под вопросом.

Учёные проанализировали своё предположение в свете современных знаний об условиях, царивших вскоре после Большого взрыва. Они пришли к выводу, что гексакварки вполне могли образоваться в достаточном количестве, чтобы составлять известную нам тёмную материю (которой, напомним, в несколько раз больше, чем обычного вещества).

При этом упомянутые частицы должны находиться в состоянии, известном как конденсат Бозе (мы подробно рассказывали о том, что это такое).

Как проверить эту гипотезу? У авторов есть по этому поводу рекомендации для астрономов.

Во-первых, гексакварк положительно заряжен (его заряд равен заряду протона). Скопления этих частиц могли бы играть роль своеобразного атомного ядра, вокруг которого группируются электроны.

Такие "атомы" должны рассеивать, излучать и поглощать электромагнитное излучение, но по характеристикам этих процессов они будут совсем не похожи на настоящие атомы. В частности, гексакварков в таком ядре будет значительно больше, чем протонов в ядре атома. Поэтому энергии испускаемых и поглощаемых квантов излучения будут выглядеть очень странно с точки зрения атомной физики.

В связи с этим интересно, что учёные уже обнаружили в космосе как минимум одну линию излучения, природу которой не удаётся объяснить.

Кроме того, скопление гексакварков может выйти из состояния конденсата Бозе, если получит из внешней среды достаточно энергии. Это может случиться, например, из-за бомбардировки космическими лучами.

Такой переход, по расчётам авторов, будет выглядеть как мгновенная вспышка гамма-излучения. Кроме того, он будет сопровождаться интенсивным потоком протонов, заряженных пионов и ядер дейтерия. Исследователи предлагают астрономам поискать такие события.

Впрочем, возможно, они их уже нашли. Ведь подобное явление напоминает процессы, наблюдающиеся, когда в атмосферу Земли входят космические лучи высокой энергии. Разница в том, что в последнем случае ливень рождающихся частиц направлен вниз, по направлению движения исходного "гостя". А вот гексакварковая тёмная материя должна порождать ливни в любом направлении. Любопытно, что и такой поток, по неизвестной причине направленный вверх, уже был однажды обнаружен.