Простая теория объясняет природу темной материи

Согласно существующим научным гипотезам, темная материя составляет 85% от всей материи во Вселенной и невидима глазу и приборам. Теперь оказалось, что она может состоять из частиц, которые обладают необычным электромагнитным полем, напоминающим по форме пончик, или тороид – так называемым анаполем.

Предположение, которое наделяет частицы темной материи редкой формой электромагнетизма, было усилено подробным анализом, проведенным парой физиков-теоретиков из Университета Вандербильта - профессором Робертом Шеррером и доктором Чу Ман Хо. Статья об этом исследовании была опубликована в журнале Physics Letters B.

«Есть множество различных теорий о природе темной материи. Но что мне нравится в этой теории – это ее простота. А ее уникальность в том, что она может быть проверена», - сказал профессор Шеррер.

В статье под названием «Анапольная темная материя», физики полагают, что темная материя может состоять в основном из фермионов Майораны – частиц с полуцелым значением спина, предсказанных итальянским ученым еще в 1930-х годах прошлого века.

На рисунке сравнение анаполя (сверху) с электрическим и магнитным диполями

Физики и раньше предполагали, что темная материя состоит из майорановских частиц, но Шеррер и Хо выполнили детальные расчеты, показавшие, что эти частицы обладают уникальным и редким типом электромагнитного поля, называемого анапольным.

Проще всего объяснить, что такое анаполь можно на примере магнита. Обычный магнит – это диполь, имеющий два полюса. Есть экзотические гипотетические частицы с одним магнитным полюсом – монополи. В свою очередь, анаполь имеет магнитное поле в форме бублика, которое не выходит за пределы частицы, то есть получается магнит без полюсов. Такое поле наделяет анаполи свойствами, отличающимися от частиц более распространенного и привычного типа, обладающих двумя полюсами. Возможно, из-за этого темную материю так трудно обнаружить.

«Большинство моделей, описывающих природу темной материи, привлекают в качестве объяснения некие экзотические силы, которые не встречаются в повседневной жизни. Анапольная же природа темной материи позволяет использовать для объяснения базовые знания об электромагнетизме из школьной программы, знания о той самой силе, которая позволяет магнитикам прилипнуть к дверце холодильника, - рассказал профессор Шеррер. - Кроме того, эта модель позволяет сделать прогноз о том, что в ближайшее время темная материя будет обнаружена».

Фермионы - частицы, названные в честь великого физика Ферми - являются строительными блоками материи. Их существование было предсказано Полем Дираком еще в 1928 году. А десять лет спустя, итальянский физик Этторе Майорана предсказал существование электрически нейтральных фермионов. С тех пор физики искали майорановские фермионы. Основным кандидатом был нейтрино, но ученые не смогли определить природу этой неуловимой частицы.

Наличие же анапольного магнитного момента было предсказано советским физиком Яковом Зельдовичем в 1958 году. Но данное явление до сих пор было обнаружено только в магнитной структуре атомов ядер цезия-133 и иттербия-174.

Основной смысл открытия, сделанного Шеррером и Хо, заключается в том, что темная материя действительно состоит из майорановых фермионов, которые обладают анаполем, почему и не были обнаружены до сих пор. На самом деле, анапольные частицы темной материи взаимодействуют с электромагнитными полями. Но только тогда, когда находятся в движении. Они были особенно активны на ранних этапах развития нашей Вселенной, и становились все менее подвижными по мере того, как она остывала и расширялась.

Ученые считают, что предложенная ими модель дает точные предсказания того, как именно должны проявляться электромагнитные свойства анапольных частиц в экспериментах.