В поисках частиц темной материи
Темная материя остается странной субстанцией. С одной стороны, космологи, астрофизики уверены, что она представляет 84,5% вещества во Вселенной, с другой, никто по‑прежнему не может сказать, из чего она состоит. Трудность в том, что темная материя проявляет себя только в гравитационном взаимодействии. Есть три основные гипотезы о том, что представляют собой частицы темной материи.
Первая, самая ранняя гипотеза: это ВИМПы. Название происходит от английского Weakly Interacting Massive Particle (или сокращенно – WIMP), что переводится как: слабовзаимодействующая массивная частица1. Существование ВИМПов вводится чисто гипотетически. Так что и свойства таких частиц вытекают из неких физических предположений.
1. Термин WIMP был предложен в 1986 го‑ ду американским космологом Майклом Тёрнером (род. в 1949 г.), который является также автором термина «темная материя».
Согласно второй гипотезе, частицами темной материи являются аксионы – также гипотетические бесспиновые частицы с малой массой. Но предположение о их существовании появилось вовсе не в связи с темной материей, а с необходимостью решения двух проблем квантовой физики. В одном случае аксион делает равным нулю дипольный момент нейтрона, что весьма важно для существования нашего мира, в другом – помогает решить проблему квантовой хромодинамики: почему в слабых взаимодействиях СР‑симметрия нарушается, а в сильных – нет? Стоит отметить, что если аксионы легче, чем 20 электронвольт (эВ), то они живут больше, чем возраст Вселенной. И в этом случае аксионы могут быть частицами темной материи.
Третья гипотеза предполагает, что в качестве частиц темной материи выступают стерильные нейтрино. Это тоже гипотетические пока частицы с массой, на 4 порядка большей, чем масса обычных нейтрино: если масса последних не превышает 0.8 эВ, масса стерильного или тяжелого нейтрино должна быть порядка 7 КэВ. Только тогда эти частицы смогут собираться в устойчивые массивные облака, существенно влияющие на процессы в галактиках. Обычным – легким – нейтрино не удастся собраться в облака.