Сьогодні багато дослідницьких груп по цілому світі намагаються виявити темну матерію, невидиму субстанцію, яка, як вважається, становить більшу частину матерії у Всесвіті. Оскільки вона не відображає і не випромінює світло, її присутність була побічно виявлена завдяки гравітаційній взаємодії з видимою матерією.
На даний момент найбільш багатообіцяючими кандидатами в темну матерію є аксіони, нейтрино і масивні частинки, що слабо взаємодіють. Однак нещодавно деякі фізики також почали досліджувати можливість того, що інший тип гіпотетичних частинок, масивні гравітони, можуть бути життєздатними кандидатами в темну матерію.
Теорія припускає, що масивні гравітони були створені під час зіткнень між звичайними частинками в гарячому і щільному середовищі раннього Всесвіту, через кілька миттєвостей після Великого вибуху. Хоча теорії передбачають їхнє існування, ці частинки досі ніколи не виявлялися безпосередньо.
Вчені з Korea University і University of Lyon нещодавно провели теоретичне дослідження, що вивчає можливість того, що масивні гравітони можуть бути хорошими кандидатами в темну матерію. Результати їх теоретичних розрахунків були опубліковані в статті в Physical Review Letters.
«Наше дослідження почалося з вивчення додаткових вимірювань, особливо спотворених додаткових вимірювань, які багато вивчалися за останні 20 років», - кажуть вчені.
"Коли гравітація поширюється в цьому невидимому просторі, вона матеріалізує масивні гравітони. Їхній зв'язок зі звичайною матерією дуже слабкий, оскільки вони мають гравітаційне походження ".
Процес, за допомогою якого теоретично могли б створюватися масивні гравітони, надзвичайно рідкісний. З цієї причини швидкість утворення цих частинок буде значно нижче швидкості освіти «звичайних» частинок. Вчені задалися питанням, чи було в ранньому Всесвіті створено достатньо масивних гравітонів, щоб їх можна було вважати хорошими кандидатами в темну матерію.
«Розраховуючи швидкість утворення цих частинок, ми виявили, що деякі процеси посилюються нижче масштабу, при якому бозон Хіггса генерує маси для звичайних частинок, через 1 пікосекунду після Великого вибуху», - кажуть вчені. «Ми показали, що цього посилення достатньо, щоб створити потрібну кількість темної матерії у вигляді масивних гравітонів з масами нижче МеВ».
Розрахунки показують, що замість того, щоб асоціюватися з невідомою фізикою, що відбувається незабаром після Великого вибуху, виробництво масивних гравітонів найбільш ефективно нижче енергетичної шкали, в якій знаходяться бозони Хіггса.
Бозони Хіггса - це елементарні частинки, які несуть поле Хіггса - поле, яке надає масу фундаментальним частинкам, таким як електрони і кварки.
«Це встановлює прямий зв'язок між фізикою, що вивчається на Великому адронному колайдері в Женеві, і фізикою гравітації і темної матерії раннього Всесвіту», - кажуть дослідники.
«Наші результати передбачають, що гравітаційна темна матерія утворюється через 1 пікосекунду після Великого вибуху, в той час, коли фізика елементарних частинок добре описується сучасними теоріями».
У майбутньому результати, отримані цією групою дослідників, можуть надихнути на нові дослідження і розрахунки, що вивчають освіту масивних гравітонів у Всесвіті. Тим часом вчені планують спиратися на теоретичну модель, представлену в їхній статті, а також оцінювати інших кандидатів на темну матерію.
"Тепер ми плануємо дослідити інші особливості конкретної моделі в викривленому додатковому вимірі, які ми змальовуємо в статті. Нас особливо цікавить роль, яку відіграє скалярна частинка, звана радіоном, і потенційна можливість тестування на поточних і майбутніх коллайдерах частинок ".
Розрахунки були опубліковані в статті в Physical Review Letters.