Ученые Ливерморской лаборатории придумали новую теорию, которая может определить, почему темная материя избегает прямого обнаружения в рамках земных экспериментов. Группа физиков-ядерщиков, известная как Lattice Strong Dynamics Collaboration, под руководством Ливерморской национальной лаборатории, объединили теоретические и вычислительные физические методы и использовали массивный параллельный 2-петафлопный суперкомпьютер Vulcan для выведения новой модели темной материи. Она определяет темную материю как естественно «скрытную» сегодня, но ее можно было бы увидеть по взаимодействую с обычным веществом в условиях чрезвычайно высокотемпературной плазмы, которая пронизывала раннюю Вселенную.

«Эти взаимодействия в юной Вселенной важны потому, что объемы обычной и темной материи сегодня поразительно похожи по размерам; предполагается, что это произошло из-за акта балансировки, произошедшего между двумя материями до остывания Вселенной», — говорит Павлос Вранас, один из авторов работы. Она будет опубликована в одном из ближайших выпусков журнала Physical Review Letters как «выбор редакции».

На темную материю приходится довольно много вещества во Вселенной, которое не взаимодействует непосредственно с электромагнитными, сильными или слабыми ядерными силами. Свет не отскакивает от нее, и обычная материя проходит через темную практически без затруднений. Будучи невидимой по сути, загадочная материя получила название темной, и только по ее гравитационному воздействию на движение галактик и галактических кластеров мы можем знать, что она действительно существует.

Ключ к раздвоению скрытной личности темной материи лежит в ее составе и чуде конфайнмента. Подобно кваркам в нейтроне, при высоких температурах, ее электрически заряженные компоненты взаимодействуют почти со всем. Но при более низких температурах они связываются вместе, образуя электрически нейтральную композитную частицу. В отличие от нейтрона, который связывается обычным сильным взаимодействием квантовой хромодинамики, скрытный нейтрон должен связываться пока неизвестной формой сильного взаимодействия, «темной формой КХД».

«Примечательно, что кандидат в темную материю всего в несколько сотен раз тяжелее протона, который может состоять из электрически заряженных компонентов, до сих пор уклонялся от прямого обнаружения», — говорит Вранас.

Подобно протонам, скрытная темная материя является стабильной и не распадается с течением космического времени. Но как и КХД, она производит большое количество других ядерных частиц, которые распадаются вскоре после своего создания. Эти частицы могут обладать электрическим зарядом, но должны были распасться давным-давно. В ускорителе частиц, при наличии достаточно высокой энергии (например, на Большом адронном коллайдере в Швейцарии), эти частицы можно было бы произвести снова, впервые за долгое-долгое время. Они могли бы оставить уникальные сигнатуры в детекторах частиц, поскольку были бы электрически заряженными.

«Подземные эксперименты прямого обнаружения или эксперименты на Большом адронном коллайдере вскоре могут выявить доказательства (или опровержения) этой новой теории скрытной темной материи», — считает Вранас.