Физики сузили диапазон поиска темной материи

На основе квантовой гравитации физики Университета Сассекса (Великобритания) разработали новые, гораздо более строгие верхние и нижние пределы массы частиц темной материи. Оказалось, что диапазон масс намного меньше, чем считалось ранее.

Это означает, что частицы-кандидаты в темную материю, которые являются либо чрезвычайно легкими, либо слишком тяжелыми, вряд ли будут решением задачи, исходя из нашего нынешнего понимания Вселенной.

Исследование опубликовано в Physics Letters B, коротко о нем рассказывает Science Alert.

Темная материя, несомненно, является одной из самых больших загадок Вселенной. Это название мы даем загадочной материи, ответственной за гравитационные эффекты, которые нельзя объяснить обычной материей. Например, галактики вращаются намного быстрее, чем если бы они просто подвергались гравитационному влиянию нормальной материи в них. Искривление пространства-времени вокруг массивных объектов намного сильнее, чем должно быть. То, что создает эту дополнительную гравитацию, невозможно обнаружить напрямую.

Основываясь на гравитационном эффекте, ученые считают, что 80% всего вещества во Вселенной составляет темная материя. Физики из Университета Сассекса использовали теорию квантовой гравитации, чтобы попытаться оценить диапазон массы гипотетических частиц темной материи (чем бы эти частицы ни являлись).

«Это первый случай, когда кому-то пришло в голову использовать квантовую гравитацию как способ вычисления диапазона масс темной материи. Мы были удивлены, когда поняли, что никто не делал этого раньше — как и коллеги-ученые, рецензировавшие нашу статью», — сказал физик и астроном Ксавье Калмет.

Квантовая гравитация накладывает ряд ограничений на возможность существования частиц темной материи различных масс. Исследователи таким образом смогли исключить диапазоны масс, которые едва ли существовали бы при нашем нынешнем понимании физики.

Основываясь на предположении, что только гравитация может взаимодействовать с темной материей, они определили, что масса частицы должна находиться в диапазоне от 10^-3 электронвольт до 10⁷ электронвольт, в зависимости от спинов частиц и характера взаимодействия темной материи.

Это гораздо более узкий диапазон, чем традиционно определенный интервал от 10^-24 электронвольт до 10¹⁹ гигаэлектронвольт. И это исключает некоторых кандидатов в темную материю, к примеру, слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP).

«То, что мы сделали, показывает, что темная материя не может быть ни «сверхлегкой», ни «сверхтяжелой», если на нее не действует еще неизвестная дополнительная сила. Это исследование помогает физикам в двух вопросах: оно фокусирует область поиска темной материи и потенциально также позволит выявить, существует ли во Вселенной таинственная неизвестная дополнительная сила», — заключили ученые.

Фото: Shutterstock

Ученый рассказал, как увидеть темную материю

Ученые нашли возможное доказательство отсутствия темной материи