Учёные связали тёмную материю и энергию через механизм, аналогичный образованию сверхпроводников

Физики из Дартмутского колледжа представили инновационную модель, объясняющую природу тёмной материи и энергии через механизм, напоминающий сверхпроводимость. Это исследование предлагает свежий взгляд на общепризнанные теории, в которых тёмная материя считается массивной и «холодной». Согласно новому подходу, эти таинственные элементы Вселенной могли возникнуть благодаря фазовым переходам, аналогичным образованию куперовских пар в сверхпроводниках.

Исследователи выдвинули гипотезу, что частицы тёмной материи изначально не обладали массой и передвигались со скоростью света, подобно фотонам. Однако, в отличие от света, они имели спин — внутреннюю характеристику, определяющую их взаимодействие. С охлаждением ранней Вселенной частицы с противоположными спинами начали объединяться в пары, теряя энергию и формируя массивные структуры. Сегодня эти структуры составляют 25% массы Вселенной и образуют гравитационные каркасы галактик.

Для тёмной энергии учёные предложили новую гипотезу. Если частицы обладали минимальной массой, система не смогла бы завершить переход в стабильное состояние, оставаясь в метастабильной фазе. Такое состояние проявляется как тёмная энергия, действующая наподобие антигравитации, ускоряющей расширение Вселенной. Основным элементом модели стал аксиальный химический потенциал, регулирующий соотношение частиц и античастиц. Его можно сравнить с термостатом, контролирующим фазовые переходы — от высокоэнергетического состояния к конденсации.

Ключевым преимуществом теории является естественное объяснение «тонкой настройки» Вселенной. Экспоненциальное подавление энергетических масштабов устраняет потребность в искусственных параметрах для описания слабой плотности тёмной энергии. Кроме того, модель предполагает изменение соотношения между плотностью тёмной материи и её давлением со временем. Эту гипотезу можно будет проверить благодаря проектам Simons Observatory и CMB-S4, анализирующим космическое микроволновое фоновое излучение — реликт ранних стадий после Большого взрыва.

Хотя теория нуждается в интеграции в стандартную модель физики частиц, она предлагает новый способ исследования «тёмной» стороны космоса. Следующим этапом станет поиск следов предполагаемых процессов в данных новых телескопов, таких как обсерватория имени Веры Рубин или космический телескоп «Евклид».

 

Источник: iXBT