Недавние исследования Национального центра ядерных исследований в Польше указывают на возможное взаимодействие между нейтрино — часто называемыми «призрачными частицами» — и темной материей, двумя из самых загадочных компонентов Вселенной. Космологи обнаружили, что текущие наблюдения лучше соответствуют модели, в которой эти неуловимые сущности слабо взаимодействуют, потенциально разрешая давнюю космическую головоломку.
Проблема со Стандартной Моделью
Стандартная космологическая модель, несмотря на свою успешность во многих отношениях, с трудом полностью объясняет распределение материи во Вселенной. Когда ученые экстраполируют данные из ранней Вселенной — такие как космический микроволновый фон (CMB) и барионные акустические осцилляции (BAO) — в настоящее время, они обнаруживают расхождения. Предсказываемая комковатость материи не соответствует тому, что мы наблюдаем. Это не обязательно означает, что модель неверна, но предполагает, что она может быть неполной.
Почему это важно: CMB представляет собой самый ранний свет, высвобожденный примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, в то время как BAO — это древние структуры, застывшие во времени. Они предоставляют снимки ранней Вселенной. Если они не согласуются с современным распределением материи, это означает, что в нашем понимании космической эволюции чего-то фундаментально не хватает.
Нейтрино и темная материя: неуловимые игроки
И нейтрино, и темная материя редко взаимодействуют с другой материей. Нейтрино, производимые в звездах и сверхновых, обильны, но почти незаметно проходят сквозь все. У них минимальная масса и нет электрического заряда. Темная материя, наоборот, вообще не взаимодействует с обычной материей, кроме как через гравитацию. Ее существование выводится из гравитационных эффектов на галактики и пространство-время, что позволяет предположить, что она составляет около 85% материи Вселенной.
Идея о том, что эти два неуловимых вещества могут взаимодействовать, не нова: теории существуют с начала 2000-х годов. Однако недавние открытия, возглавляемые физиком Лэй Цзу, предоставляют более убедительные доказательства, чем когда-либо прежде.
Новые данные: сигнал на уровне трех сигм
Исследовательская группа объединила данные CMB, BAO и данные Dark Energy Survey — проекта, картирующего распределение темной материи и энергии. Запустив моделирование с учетом и без рассеяния нейтрино и темной материи, они обнаружили, что включение взаимодействия делает смоделированную Вселенную более похожей на нашу собственную.
Статистическая значимость в настоящее время составляет 3 сигмы — не окончательное доказательство, но достаточно сильное, чтобы оправдать дальнейшее расследование. Этот результат согласуется с предыдущими намеками и предполагает, что взаимодействие, в случае подтверждения, может стать прорывом.
«Если это взаимодействие между темной материей и нейтрино будет подтверждено, это станет фундаментальным прорывом», — говорит теоретик-физик Уильям Жарэ. «Это не только прольет новый свет на устойчивое несоответствие между различными космологическими зондами, но и предоставит физикам частиц конкретное направление для лабораторных экспериментов».
Последствия и будущие исследования
В случае подтверждения это взаимодействие может помочь уточнить Стандартную космологическую модель, позволяя слабому рассеянию между нейтрино и темной материей. Что еще более важно, это дает конкретное направление физикам частиц, стремящимся понять истинную природу темной материи.
Исследовательская группа признает, что необходимы дальнейшие исследования. Как заявляет Себастьян Трояновский из Польского национального центра ядерных исследований, для тщательного тестирования потребуется выйти за рамки стандартных приближений в космологии частиц. Поиск решения этих космических загадок продолжается, и тихий шепот взаимодействующих призрачных частиц может содержать ключ.
Текущие доказательства позволяют предположить, что эти два неуловимых объекта могут быть не такими изолированными, как считалось ранее, намекая на более глубокую связь в структуре Вселенной.
