Темная материя образовалась из безмассовых частиц — утверждают физики

Ученые из Дартмутского колледжа (США) предложили революционную теорию происхождения темной материи — загадочного вещества, составляющего около 85% массы Вселенной.

Их исследование, опубликованное в Physical Review Letters, утверждает, что темная материя могла образоваться из безмассовых частиц, которые в ранней Вселенной столкнулись, замедлились и стали тяжелыми — подобно пару, конденсирующемуся в воду. 

Темная материя, невидимая и не взаимодействующая со светом, составляет около 27% массы и энергии Вселенной в модели LCDM, тогда как обычная материя — лишь 5%. Профессор Роберт Колдуэлл и студент Гуанмин Лян предположили, что после Большого взрыва — 13,7 миллиарда лет назад — Вселенная была заполнена быстрыми, почти безмассовыми частицами, похожими на фотоны (частицы света). Эти частицы, двигаясь со скоростью света, начали «спариваться» из-за противоположных спинов — как магниты с разными полюсами. При охлаждении Вселенной дисбаланс спинов вызвал резкое падение их энергии, превратив их в холодные, тяжелые частицы — темную материю.

Уникальность теории в том, что она предсказывает специфический след в CMB — излучении, оставшемся от Большого взрыва, которое заполняет Вселенную. Этот след могут обнаружить и доказать в обсерваториях, таких как Simons Observatory (Чили) и CMB Stage 4 (Антарктида). Если следы этих холодных частиц найдут, это подтвердит теорию и станет прорывом в физике и космологии.

Теория объясняет, как темная материя могла возникнуть из легких частиц, решая загадку перехода от высокой энергии ранней Вселенной к сегодняшним массивным структурам. Она вдохновлена физикой сверхпроводников, где электроны образуют «куперовские пары», позволяющие току течь без сопротивления.

Этот процесс объясняет снижение плотности энергии Вселенной после Большого взрыва и рост плотности массы, формирующей галактики.