Тёмная материя может скрываться в пятом измерении: новая модель объясняет её неуловимость

Современная астрофизика утверждает, что тёмная материя составляет около 85 процентов всей массы Вселенной, несмотря на то, что увидеть или потрогать её невозможно. Физики из США и Великобритании предложили новое объяснение её неуловимости: возможно, тёмная материя скрывается в пятом измерении — геометрическом пространстве, которое мы не в состоянии воспринимать. Там она входит в резонанс с тёмным фотоном, гипотетической частицей-переносчиком силы.

Идея резонанса тёмной материи не нова. Она состоит в том, что при определённом соотношении масс частица тёмной материи и частица-переносчик силы — так называемый тёмный фотон — могут входить в резонанс. Подобно тому, как две струны в музыкальном инструменте начинают звучать в унисон, если их настроить на одну частоту, в таком состоянии взаимодействие между ними резко усиливается. Это могло играть ключевую роль в ранней Вселенной. Но в предыдущих моделях это соотношение приходилось «подгонять вручную» — подбирать массы так, чтобы эффект работал.

Команда учёных из Университета Шеффилда и Университета Индианы предлагает элегантное решение: соотношение масс возникает автоматически из формы дополнительного измерения. Представьте себе трубу или струну: её геометрия определяет диапазон возможных частот. Точно так же геометрия пятого измерения заставляет массы частиц тёмной материи и тёмного фотона соответствовать нужному резонансу — без каких-либо подгонок вручную. Это не просто упрощает модель — это придаёт ей глубину и внутреннюю согласованность.

Основное преимущество модели в том, что резонанс делает взаимодействие тёмной материи с обычным веществом очень сильным в определённые периоды — например, вскоре после Большого взрыва, — но почти незаметным сегодня. Именно это мы и наблюдаем: тёмная материя была активна в формировании структур во Вселенной, но сейчас почти не взаимодействует с обычной материей, поэтому мы не можем её обнаружить. Геометрический резонанс даёт естественное объяснение этому поведению.

Работа объединяет две давние загадки фундаментальной физики: природу тёмной материи и возможное существование дополнительных пространственных измерений. Вместо того чтобы рассматривать их по отдельности, авторы показывают, что они могут быть связаны. Это позволяет сделать конкретные предсказания: например, какие массы частиц следует искать в экспериментах, и какие сигнатуры могут появиться в данных ускорителей или детекторов тёмной материи нового поколения.

На протяжении почти 20 лет столкнувшиеся между собой галактики в скоплении Пуля считались главным доказательством существования тёмной материи. Однако новые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба поставили такой вывод под сомнение. Это означает, что общепринятая картина может быть неполной, и предложенная модель пятого измерения может стать ключом к пересмотру наших представлений о том, из чего на самом деле состоит Вселенная. Вопрос в том, сможем ли мы когда-нибудь заглянуть в это измерение и увидеть то, что скрыто за его пределами.