Физики предлагают взглянуть на тёмную материю не как на одну загадочную частицу, которую десятилетиями пытаются поймать, а как на целый скрытый мир со своей «химией». Учёные из НИЯУ МИФИ и Южного федерального университета вместе с коллегами из Италии и Франции под руководством профессора Максима Хлопова рассматривают модель «тёмных атомов» — структур, похожих на обычные атомы, но существующих в невидимом секторе Вселенной.
Идея появилась из-за старой проблемы астрофизики: галактики вращаются слишком быстро. Если учитывать только звёзды, газ и пыль, их гравитации не хватило бы, чтобы удержать такие системы вместе. Значит, рядом с видимым веществом должна быть невидимая масса, которая не светится, но влияет на движение галактик.
Раньше главным кандидатом на роль этой массы считались WIMP — тяжёлые слабовзаимодействующие частицы. Но ни Большой адронный коллайдер, ни подземные детекторы пока не дали убедительного результата. Поэтому физики всё активнее проверяют другие сценарии: возможно, тёмная материя устроена сложнее и может собираться в нейтральные «атомы» из своих аналогов электронов, протонов и фотонов.
В одной из моделей сверхтяжёлая частица с большим отрицательным зарядом способна захватывать ядра гелия. Так возникает электрически нейтральный «тёмный атом», который почти не взаимодействует со светом и ведёт себя как холодная невидимая материя. По расчётам учёных, в ранней Вселенной такие структуры могли образоваться гораздо эффективнее, чем предполагалось раньше.
Эта схема может объяснить сразу несколько странных наблюдений. Детектор AMS на Международной космической станции больше десяти лет фиксирует избыток позитронов — античастиц электронов. По модели МИФИ, их может создавать небольшая оставшаяся заряженная часть тёмной плазмы, тогда как нейтральные «тёмные атомы» образуют большое гало вокруг Галактики и не дают лишнего гамма-излучения, которое должно было бы появиться в других версиях.
Ещё одна подсказка может находиться на Земле. Итальянский эксперимент DAMA/LIBRA много лет видит сезонные всплески в кристаллах йодида натрия. По расчётам физиков, тяжёлые «тёмные атомы» массой до 11 ТэВ могут проходить через планету, замедляться и связываться с ядрами натрия, испуская фотоны с энергией 1–6 кэВ. Такой сигнал должен меняться раз в год, когда Земля то движется навстречу потоку тёмной материи, то уходит от него.
Теперь авторы продолжают уточнять квантово-механические модели и искать параметры, при которых «тёмные атомы» будут согласовываться со всеми накопленными данными. Если гипотеза подтвердится, охота за тёмной материей может измениться: вместо поиска одной частицы физикам придётся изучать целую скрытую «таблицу элементов» невидимой Вселенной.
