Представлена теория атомарной темной материи

«Кольцо» темной материи в скоплении галактик Cl0024+17 — одно из основных документальных свидетельств ее существования (иллюстрация НАСА/ESA/Hubble Team).

Именно такую интерпретацию темной материи, напомним, поддерживает бóльшая часть ученых; вероятными кандидатами на роль WIMPs считаются нейтралино — гипотетические элементарные частицы, существование которых предсказывают суперсимметричные расширения Стандартной модели. Эту гипотезу в целом подтверждают и данные наблюдений, однако дать удовлетворительное объяснение некоторым возникающим в экспериментах несоответствиям до сих пор никому не удалось.

В рамках WIMP-моделей, к примеру, возможно существование «сгустков» темной материи различных масштабов (даже сравнительно небольших субгалактических структур). При этом минимальный размер зарегистрированных астрономами образований составляет около 400 световых лет, что заметно превышает расчетные значения.

Второе несоответствие связано с результатами эксперимента DAMA (см. статью в издании The European Physical Journal C — Particles and Fields), в котором, как утверждается, были собраны прямые доказательства существования слабовзаимодействующих массивных частиц. Проблема в том, что полученные данные — ограничения на массу WIMPs и их сечение упругого рассеяния на ядрах — расходятся с результатами других опытов, проведенных, в частности, коллаборациями CDMS и XENON (см. статьи [ 1] и [ 2] в журнале Physical Review Letters).

В своей модели ученые из США вводят в рассмотрение два сорта фермионов («темные» эквиваленты протона и электрона), которые связываются друг с другом посредством «темного» аналога электромагнитного взаимодействия и образуют атомы, напоминающие обычный водород. При этом составляющие темную материю нейтральные атомы дополняются некоторым количеством ионизированных (свободными «протонами» и «электронами»).

По словам авторов, в такой модели параметры процесса эволюции темной материи в молодой Вселенной заметно изменяются. Гравитационное объединение атомов в группы должно было начаться к тому моменту, когда Вселенная уже успела достичь значительных размеров (то есть много позднее, чем в случае WIMPs), что, вероятно, и позволило исключить формирование небольших «сгустков» темной материи.

При объяснении результатов DAMA исследователи обращаются к работе Нила Уэйнера (Neal Weiner) и Дэвида Такера-Смита (David Tucker-Smith), которые предположили, что в этом эксперименте было зарегистрировано неупругое взаимодействие частиц «обычной» и темной материи (см. статью в журнале Physical Review D). Сечение этого взаимодействия для йодида натрия, который используется в детекторе DAMA, значительно превосходит сечение для германия и кремния, применяющихся в детекторе CDMS. В случае неупругого рассеяния масса налетающих частиц темной материи должна несколько увеличиваться, что требует введения нового сорта частиц. В модели американских ученых все решается гораздо проще: при столкновении атом переходит на новый энергетический уровень.

Авторы признают, что никаких реальных доказательств своей правоты они пока представить не могут. Кроме того, при рассмотрении двух несоответствий использовались несколько разные параметры модели (отличалась доля ионизированных атомов, входящих в состав темной материи).

Оригинал статьи находится на сайте Компьюлента