Так из чего же всё-таки состоит тёмная материя?

Александр Березин

Частицы тёмной материи (ТМ), вимпы, должны быть стабильными, нейтральными и очень редко взаимодействовать с другими видами материи. Длительное время эти требования считались наиболее выполнимыми в том случае, если ТМ представлена в основном вимпами. Согласно ряду теорий, такие вимпы — аналоги известных частиц — должны иметь тот же заряд, что и частицы барионной материи, но противоположный спин.

Однако кроме периодических заявлений о возможном нахождении следов таких вимпов в тех или иных физических экспериментах, есть и проблема: Большой адронный коллайдер, наш самый совершенный ускоритель, не видит ничего в предсказанном для вимпов диапазоне — кроме, да, бозона Хиггса. Так что остаётся искать такие ТМ-частицы в космосе, где есть и более мощные БАКи.

Но и здесь не всё хорошо. Согласно теоретическим предсказаниям, вимпы почти не взаимодействуют с обычной материей. Однако должны взаимодействовать между собой, аннигилируя и порождая гамма-излучение. Проще всего найти их в карликовых галактиках — вроде тех, что окружают Млечный Путь. Обычно видимой материи там очень мало, однако по гравитационному взаимодействию с Млечным Путём выявлено, что на деле они не так маломассивны, как кажутся: в карликовых галактиках по сравнению с обычными куда больше доля тёмной материи. Кроме того, интенсивность процессов, порождающих гамма-излучение, там мала, что означает низкий фон, мешающий выявлению аннигиляции вимпов.

Именно там космический гамма-телескоп «Энрико Ферми», принадлежащий НАСА, уже три года пытается найти следы вимпов. Но безуспешно:

Даже обнаруженный недавно узкий пик в районе 130 ГэВ, локализуемый неподалёку от центра Млечного Пути, также вызывает сомнения у специалистов НАСА, так что и это недавнее свидетельство «обнаружения чего-то вроде вимпов» приходится отвергнуть.

Собственно говоря, полученные ограничения уже сейчас позволяют говорить, что вимпов — по меньшей мере для ряда значений энергий — обнаружить не удастся, поскольку их нет в природе. Конечно, ещё не всё потеряно, но уже сейчас стоит присмотреться к альтернативным кандидатам на роль «чёрной кости» тёмной материи.

Вариантов много, однако и аксионы, которые вроде бы решают проблему дефицита лития во Вселенной, в Axion Dark Matter Experiment пока не обнаружены. Разумеется, всегда можно обратиться к частицам Калуцы — Клейна, ещё более экзотическим кандидатам в ТМ. Но стоит ли? Насколько можно понять, если они существуют, то их обнаружение даже не то что затруднительно, а скорее по силам разве что сверхцивилизациям.

И всё-таки сомнения в существовании собственно тёмной материи как небарионной, похоже, исчезают даже у самых упёртых. Дело в том, что в 2012 году группе «Хаббла» впервые удалось выявить колоссальную структуру, искажающую фоновое излучение таким образом, каким его не может искривить мыслимое количество обычной материи:

Эта находка, сделанная при помощи предварительного моделирования распределения тёмной материи во Вселенной, свидетельствует: поиски тёмной материи двигаются в верном направлении. Осталось только решить, что именно мы обнаружим в конце пути.

«Я уверен, что тёмная материя реальна, и мне нравится думать о ней как об элементарной частице, — говорит Лэнс Диксон (Lance Dixon) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США). — Однако нам может не хватить удачи для того, чтобы эта элементарная частица стала одной из тех, что мы можем зарегистрировать [имеющимися средствами]».
По материалам : Источник