Нещодавні дослідження Національного центру ядерних досліджень у Польщі вказують на можливу взаємодію між нейтрино, які часто називають «частинками-привидами», і темною матерією, двома найзагадковішими компонентами Всесвіту. Космологи виявили, що поточні спостереження краще відповідають моделі, в якій ці невловимі сутності слабко взаємодіють, потенційно вирішуючи давню космічну головоломку.
Проблема зі стандартною моделлю
Стандартна космологічна модель, незважаючи на свій успіх у багатьох відношеннях, має труднощі з повним поясненням розподілу матерії у Всесвіті. Коли вчені екстраполюють дані з раннього Всесвіту, такі як космічний мікрохвильовий фон (CMB) і баріонні акустичні коливання (BAO), на сучасність, вони виявляють розбіжності. Передбачене скупчення речовини не відповідає тому, що ми спостерігаємо. Це не обов’язково означає, що модель неправильна, але це означає, що вона може бути неповною.
Чому це важливо? CMB представляє найдавніше світло, випущене приблизно через 380 000 років після Великого вибуху, тоді як BAO є стародавніми структурами, застиглими в часі. Вони надають знімки раннього Всесвіту. Якщо вони не згодні з нинішнім розподілом матерії, це означає, що чогось принципово не вистачає в нашому розумінні космічної еволюції.
Нейтрино і темна матерія: невловимі гравці
І нейтрино, і темна матерія рідко взаємодіють з іншою матерією. Нейтрино, що утворюються в зірках і наднових, у великій кількості, але проходять через усе майже непоміченим. Вони мають мінімальну масу і не мають електричного заряду. Темна матерія, з іншого боку, не взаємодіє зі звичайною матерією взагалі, окрім як завдяки гравітації. Про його існування можна судити через гравітаційний вплив на галактики та простір-час, що свідчить про те, що він становить близько 85% матерії у Всесвіті.
Ідея про те, що ці дві невловимі речовини можуть взаємодіяти, не нова: теорії існують з початку 2000-х років. Однак нещодавні відкриття фізика Лей Зу надають більш переконливі докази, ніж будь-коли раніше.
Нові дані: трисигма сигнал
Дослідницька група об’єднала дані CMB, BAO і дані Dark Energy Survey, проекту, який відображає розподіл темної матерії та енергії. Проводячи симуляції з розсіюванням нейтрино та темної матерії та без них, вони виявили, що ввімкнення взаємодії робить змодельований Всесвіт більш схожим на наш власний.
Статистична значущість на даний момент становить 3 сигми — це непереконливий доказ, але достатньо переконливий, щоб виправдати подальше дослідження. Цей результат узгоджується з попередніми натяками та свідчить про те, що взаємодія, якщо вона підтвердиться, може стати проривом.
«Якщо ця взаємодія між темною матерією та нейтрино буде підтверджена, це стане фундаментальним проривом», — каже фізик-теоретик Вільям Джарайс. «Це не тільки проллє нове світло на постійну розбіжність між різними космологічними зондами, але й дасть фізикам елементарних частинок конкретний напрямок для лабораторних експериментів».
Наслідки та майбутні дослідження
У разі підтвердження ця взаємодія може допомогти удосконалити Стандартну модель космології, допускаючи слабке розсіювання між нейтрино та темною матерією. Що ще важливіше, він дає конкретні напрямки для фізиків елементарних частинок, які прагнуть зрозуміти справжню природу темної матерії.
Дослідницька група визнає, що необхідні подальші дослідження. Ретельне тестування вимагатиме виходу за рамки стандартних наближень у космології частинок, каже Себастьян Трояновський з Польського національного центру ядерних досліджень. Пошук розгадок цих космічних таємниць триває, і тихий шепіт взаємодіючих примарних частинок може містити ключ.
Сучасні дані свідчать про те, що ці два невловимі об’єкти можуть бути не такими ізольованими, як вважалося раніше, натякаючи на більш глибокий зв’язок у структурі Всесвіту.
