В опит да отговори на един от най-фундаменталните отворени въпроси в съвременната физика: Каква е природа на частицата на тъмната материя, професор Стефано Профумо (Stefano Profumo) от Калифорнийския университет в Санта Круз представя две нови хипотези, публикувани през май и юли 2025 г. в списание Physical Review D.
Науката е представила неоспорими доказателства, че загадъчната субстанция, която представлява 80% от цялата материя във Вселената, съществува. Наличието на тъмна материя обяснява какво свързва галактиките и ги кара да се въртят. Открития като мащабната структура на Вселената и измерванията на космическия микровълнов фон също доказват, че нещо все още неопределено прониква в целия този мрак.
Това, което остава неизвестно, е произходът на тъмната материя и следователно какви са нейните частици? Тези сериозни въпроси са предимно задача на теоретични физици като Профумо. В двете наскоро публикувани статии той подхожда към тези въпроси от различни посоки, но и двете идеи се основават на допускането, че тъмната материя може да е възникнала естествено в ранната Вселена – без да е необходима напълно нова, екзотична частица, която да взаимодейства с познатата материя.
Огледален свят от тъмна материя
В най-новото си изследване Профумо развива идеята, че тъмната материя може да е продукт на скрит "тъмен сектор" – нещо като паралелен или огледален свят, съдържащ свои собствени частици и сили. Този свят би следвал същите физични закони като нашия, но би останал напълно невидим за човешките сетива и съвременните детектори.
Вдъхновен от квантовата хромодинамика (QCD) – теорията, описваща как кварките се свързват в протоните и неутроните чрез силното ядрено взаимодействие – Профумо предполага съществуването на "тъмна QCD", в която тъмни кварки и тъмни глуони образуват стабилни частици, наречени тъмни бариони. При определени условия в младата Вселена тези тъмни бариони биха могли да се сгъстят до степен, в която се срутват (колапсират) под собствената си гравитация, създавайки миниатюрни обекти, подобни на черни дупки.
Тези обекти, макар и невидими, биха могли да съставляват цялата тъмна материя, която наблюдаваме днес. Те не биха взаимодействали с нищо друго освен чрез гравитация – точно както тъмната материя, която се проявява само чрез гравитационното си влияние върху галактиките и космическите структури.
Тъмна материя от ръба на Вселената
Другата хипотеза на Профумо, публикувана през май, изследва дали тъмната материя може да се произвежда от разширяващия се "космически хоризонт" на Вселената – по същество космологичният еквивалент на хоризонта на събитията на черна дупка.
То разглежда възможността тъмната материя да е "излъчена" от самото разширяване на Вселената. Според нея, след инфлационния период (свръхбързото разширяване на Вселената след Големия взрив), е възможно да е настъпила фаза на по-умерено, но все пак ускорено разширяване. В тази фаза, напомняща хоризонта на черна дупка, според квантовата теория може да възниква термично излъчване на частици – включително тъмна материя.
През 1974 Стивън Хокинг формулира хипотезата, че черните дупки трябва да излъчват радиация, но от фундаментално различен характер в сравнение с класическото електромагнитно лъчение. Лъчението на Хокинг, може да се каже, че няма източник - то е резултат от свойствата на вакуума (проява на двойки частица-античастица, които се анихилират, т.е флуктуациите са нулеви) и заради падането на материя в черната дупка. Освен това, ако зарядите и масите пораждат само за електромагнитни и гравитационни вълни, резултат на квантовото лъчение на Хокинг може да бъде раждането на електрони, позитрони, протони и други частици. Кредит: view.ca
Използвайки принципите на квантовата теория на полето в изкривено пространство-време, Профумо показва, че такава фаза би могла да създаде широк спектър от маси за тъмната материя – в зависимост от температурата и продължителността на фазата. Забележително е, че този механизъм не изисква никакви допускания за взаимодействието на тъмната материя – необходимо е само тя да бъде стабилна и създадена чрез гравитационни процеси.
Това са само спекулации, но с научна основа
"И двете хипотези са силно спекулативни", признава Профумо, "но предлагат завършени и изчислими модели, които не разчитат на традиционните частици на тъмната материя – модели, които все повече се поставят под въпрос поради липсата на експериментални доказателства."
Автор на учебника "Въведение в частиците тъмна материя" (2017), Профумо е сред водещите специалисти в областта. Книгата му е написана на основата на реални уроци от научната практика и представя съвременните методи за тестване и моделиране на тъмната материя, както чрез космологични наблюдения, така и чрез високоенергийни експерименти.
Изследванията на Профумо са част от дългогодишния принос на Калифорнийския университет в Санта Крус в областта на космологията. Университетът е ключов участник в изграждането на стандартния космологичен модел Lambda-CDM и в проучванията на формирането на структури във Вселената.
Новите публикации на Профумо демонстрират как познатата физика – независимо дали става дума за квантовата теория на полето в изкривено пространство-време или добре изучените свойства на SU(N) калибровъчните теории – може да бъде разширена и приложена в търсенето на отговор на един от най-големите въпроси: Какво всъщност е тъмната материя?
Справка:
- Stefano Profumo, Dark matter from quasi–de Sitter horizons, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/vmw2-4k77
- Stefano Profumo, Dark baryon black holes, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/PhysRevD.111.095010
Източник: Theories on dark matter's origins point to 'mirror world' and universe's edge, Mike Peña, University of California - Santa Cruz
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Peter Petrov
След многократни експлозии нов тест за мегаракетата на Мъск
поп Дръвчо
Гледайте за първи път на живо как новооткритият "междузвезден посетител" 3I/ATLAS се устремява към нас
Bai Tanas
Как е миришел Древният Рим? Честно казано - ужасно!
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки