Дві найбільші загадки фізики, темна матерія і додаткові виміри, можуть виявитися пов’язаними. Нове дослідження припускає, що властивості цієї невидимої субстанції визначає прихований п’ятий вимір. Через це в ранньому Всесвіті вона активно взаємодіяла, а згодом стала майже непомітною для приладів.
Гравітація без світла
Темна матерія нічого не випромінює, не поглинає і практично не взаємодіє зі світлом, тому побачити її безпосередньо неможливо. Про її присутність свідчить лише гравітаційний вплив. Саме вона утримує галактики від розпаду, а також викривлює світло далеких об’єктів — явище, відоме як гравітаційне лінзування.
За сучасними оцінками, маса темної матерії у Всесвіті приблизно вп’ятеро перевищує масу звичайної речовини. При цьому її частинки майже не взаємодіють зі звичайною матерією, тому можуть безперешкодно проходити крізь планети, зорі й навіть людське тіло, практично не залишаючи жодних слідів.
Додаткові виміри
Йдеться не про паралельні всесвіти з наукової фантастики. Фізики мають на увазі напрямки, згорнуті до мікроскопічних масштабів і тому непомітні у повсякденному досвіді.
Сама ідея має столітню історію. Ще у 1920-х роках Теодор Калуца та Оскар Клейн спробували об’єднати гравітацію з електромагнетизмом, додавши до простору-часу п’ятий вимір. Відтоді ідея додаткових вимірів стала важливою складовою багатьох сучасних теорій, зокрема теорії струн та M-теорії, які передбачають існування 10 або 11 вимірів простору-часу.
Темні фотони та резонанс
Разом із темною матерією у п’ятому вимірі, як повідомляє Space.com, може існувати ще одна гіпотетична частинка — темний фотон. Це можливий переносник окремої взаємодії у темному секторі, аналог звичайного фотона, який переносить електромагнітну взаємодію.
Геометрія додаткового виміру формує особливий спектр мас частинок темної матерії. За певних умов між ними виникає резонанс, який автори порівнюють із сильним звучанням музичного інструмента на певних нотах. Саме цей ефект може визначати сучасну кількість темної матерії у Всесвіті.
Пояснення для раннього Всесвіту
За словами співавтора дослідження Юй-Дая Цая із Шеффілдського університету, резонанс міг значно посилювати взаємодії темної матерії у вирішальні епохи космічної історії, зокрема невдовзі після Великого вибуху. Водночас підхід показує, чому сьогодні вона здається інертною і чому її так важко зареєструвати.
Попередні подібні моделі розглядали це явище як готове припущення без глибшого обґрунтування. Автори нової роботи вивели його безпосередньо з геометрії прихованих вимірів.
Завдяки цьому фізики отримали конкретні цілі для майбутніх пошуків невидимої субстанції. Результати опубліковані в рецензованому журналі Physical Review D.
