Согласно новому исследованию, темной материи, возможно, придется сесть на диету.
Теперь у нас есть множество доказательств существования темной материи. Это потому, что космологические наблюдения просто неверны. Все наши измерения светящейся материи далеко не соответствуют общим гравитационным эффектам, которые мы наблюдаем в галактиках, скоплениях и Вселенной в течение некоторого времени.
Темная материя намного превосходит обычную материю в космосе, но мы до сих пор не знаем, что представляет собой эта загадочная частица. Из-за этого он мог иметь самые разные массы: от миллиардной массы самых легких известных частиц до гораздо более тяжелых диапазонов масс.
Большинство поисков темной материи сосредоточено на массах, примерно близких к более тяжелым известным частицам, поскольку некоторые расширения известной физики предсказывают такие частицы. Но этот поиск пока не увенчался успехом, заставив физиков задуматься, может ли темная материя быть намного легче, чем ожидалось… или намного тяжелее.
Однако, согласно новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, существуют серьезные проблемы с более тяжелой темной материей.
Проблема в том, что мы предполагаем, что темная материя хоть иногда, хоть и редко, взаимодействует с нормальной материей. В чрезвычайно ранней Вселенной темная материя и обычная материя общались друг с другом гораздо чаще. Но по мере расширения и охлаждения космоса взаимодействия нарушились, заморозив темную материю и оставив ее в качестве реликтового фона.
Почти все модели темной материи предсказывают, что она взаимодействует с нормальной материей посредством взаимодействия с бозоном Хиггса, знаменитой частицей, наконец открытой на Большом адроном коллайдере в 2012 году. Бозон Хиггса отвечает за массу многих частиц.
Но взаимодействия в физике — это улицы с односторонним движением. Многие частицы получают свою массу в результате взаимодействия с частицами Хиггса, а масса Хиггса, в свою очередь, изменяется в результате его взаимодействия с другими частицами. Но эти частицы настолько легки, что обратная реакция не очень сильна, поэтому нам обычно не о чем беспокоиться.
Но если темная материя намного тяжелее, примерно в 10 раз тяжелее самых тяжелых известных частиц, то ее собственные взаимодействия приведут к увеличению массы молекулы Хиггса, сделав ее намного тяжелее, чем предполагают измерения.
Есть способы обойти это ограничение. Темная материя может вообще не взаимодействовать с обычными частицами или посредством экзотического механизма, в котором не участвует бозон Хиггса. Но таких моделей немного, и они требуют множества тонких настроек и дополнительных действий.
Это означает, что темная материя, чем бы она ни была, может быть просто сверхлегкой частицей, а не сверхтяжелой.
