Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-19-11
Темная материя может быть следствием существования «Антивселенной», противоположной нашему миру

Март 2022

Физики выдвинули смелую гипотезу о наличии у нашей Вселенной зеркального близнеца, который может проявляться скоплениями невидимых, но притягивающих вещество нейтрино — тем, что мы называем темной материей. Новая статья принята к публикации в журнале Annals of Physics и выложена в открытой онлайн-библиотеке препринтов arXiv.org.

Новая необычная идея предполагает, что в момент Большого взрыва вместе с нашей Вселенной появилась и «зеркальная», устремившаяся по оси времени в обратном направлении. Хотя попасть в этот противоположный мир в принципе невозможно, его существование должно проявляться во Вселенной в форме пока не обнаруженной разновидности нейтрино. Скопления таких нейтрино могут создавать темную материю, частицы которой не удается найти, невзирая на все усилия физиков.

Гипотезу о существовании «зеркальной» вселенной еще несколько лет назад выдвинула команда ученых во главе с известным южноафриканским астрофизиком Нилом Туроком (Neil Turok), который сейчас работает в Манчестерском университете (Великобритания). В своей статье они рассматривают некоторые следствия из этой необычной идеи, в том числе о темной материи.

Современная наука опирается на представление о симметрии, присущей физическим законам. Она заключается в неизменности поведения системы при некоторых преобразованиях. Так, заряды частиц можно заменить на противоположные, и все взаимодействия между ними останутся прежними. Самая фундаментальная симметрия — СРТ-инвариантность — говорит о неизменности физических законов при одновременной инверсии зарядов (С), координат (Р) и времени (Т).

Науке известны различные исключения — нарушения Р- и С-симметрии, а также различных их комбинаций. Например, нарушение СР-инвариантности может приводить к доминированию частиц и почти полному отсутствию античастиц во Вселенной. Однако одновременного нарушения СРТ-симметрии пока не обнаружили: если в системе обратить на противоположные и заряды, и координаты, и время, в принципе для нее ничего не изменится.

Нил Турок и его соавторы применили СРТ-инвариантность к самой Вселенной. В такой гипотетической картине наш мир получается лишь половиной двойной системы. Его СРТ-обратный близнец путешествует по времени в противоположном направлении, имея противоположные заряды и зеркально отраженные координаты.

Расчеты показали, что такая «двойная» Вселенная позволяет довольно просто объяснить существование темной материи. Эта загадочная субстанция не видна ни одним научным инструментом, поскольку способна взаимодействовать с обычным веществом лишь посредством гравитации. Темную материю можно заметить только по притяжению обычной: например, по траекториям звезд вокруг невидимого гравитирующего скопления. Это позволяет картировать сгустки темной материи в масштабах целых галактик, но не дает возможность уловить и исследовать частицы, из которых она состоит.

До сих пор об этих частицах существуют исключительно гипотетические представления. И если отталкиваться от того, что мы живем лишь в половине из целостной «двойной» СРТ-инвариантной Вселенной, то одной гипотезой становится больше. Нил Турок с коллегами показали, что в этом случае должны появляться нейтрино новых типов.

Сегодня их известно шесть (электронное, мюонное и тау-нейтрино плюс их античастицы с противоположными зарядами), все они обладают положительным спином, хотя остальные фундаментальные частицы бывают и с положительным, и с отрицательным. Но вот в «двойной» Вселенной должны существовать и нейтрино с обратным спином. Они практически никак не взаимодействуют с обычным веществом и могут проявляться лишь в очень массовых скоплениях, за счет своей гравитации — совсем как гипотетическая темная материя. По расчетам Нила Турока и его коллег, количества таких нейтрино должно быть достаточно, чтобы наблюдались все нужные эффекты темной материи.

Необычная гипотеза позволяет сделать несколько проверяемых выводов о фундаментальных свойствах нейтрино. В частности, она предсказывает, что по меньшей мере один тип этих частиц должен быть безмассовым. Пока этот вопрос остается открытым: эксперименты позволили установить лишь верхний предел масс нейтрино. Возможно, новые работы помогут выяснить их окончательно — и мы получим первое свидетельство в пользу существования у нашей Вселенной зеркального близнеца.

_{naked-science.ru, 18 марта 2022, Сергей Васильев}

_{https://naked-science.ru/article/astronomy/temnaya-materiya-mozhet-byt-sledstviem}

_{Журнал Annals of Physics и препринт в arXiv.org.}

_{Нил Турок (Neil Turok), Манчестерский университет (Великобритания).}

_{https://arxiv.org/abs/1803.08930}