ТАСС, 25 февраля. Физики выяснили, что минимальная масса гипотетических элементарных частиц аксионов, которые считают компонентами темной материи, должна быть примерно вдвое выше того диапазона значений, в котором их пытаются обнаружить. Статью с результатами исследования опубликовал научный журнал Nature Communications.
"Мы рассчитали массу аксионов примерно в тысячу раз выше точнее, чем наши предшественники. Это приближает науку к ответу на вопрос полувековой давности – насколько тяжелыми могут быть эти частицы и какую роль они могли играть в процессе возникновения Вселенной", – рассказал один из авторов исследования, доцент Калифорнийского университета в Беркли Бенджамин Сафди.
Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства все чаще становятся предметом ожесточенных споров. Дело в том, что за последние годы исследователи не нашли намеков на то, что она состоит из так называемых вимпов – сверхтяжелых и холодных частиц, которые почти не проявляют себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.
Безуспешные поиски вимпов заставили космологов предполагать, что темная материя на самом деле может состоять из аксионов – гипотетических сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, что заставляет ученых искать оба типа частиц и спорить о том, существование которых из них более вероятно.
Сафди и его коллеги предположили, что безуспешные поиски аксионов могут быть связаны с тем, что физики искали следы их существования в неправильном диапазоне масс. Ученые пришли к такому выводу в ходе детальных расчетов того, как менялись свойства Вселенной в первые мгновения ее существования после Большого взрыва.
В это время, как объясняют теоретики, границы мироздания предположительно расширялось со сверхсветовой скоростью. В результате температура и энергетическая плотность первичной материи Вселенной стали резко снижаться. Именно тогда, согласно некоторым космологическим теориям, возникло подавляющее большинство частиц легкой темной материи, которые изначально были объединены в гипотетические двумерные объекты – струны.
Сафди и его команда просчитали, как возникли эти струны и как впоследствии они распадались и испускали одиночные аксионы. Новые алгоритмы и теоретические подходы позволили физикам повысить точность этих расчетов на три порядка, что значительно сузило разброс масс, которыми могут обладать различные формы частиц легкой темной материи.
До недавнего времени ученые считали, что масса аксионов находится между 25 и 500 микроэлектронвольт (мкэВ). Согласно новым расчетам, минимальная масса аксионов на самом деле вдвое больше – около 40 мкэВ, а максимальная масса – около 180 мкэВ.
Ранее экспериментаторы фокусировали свои усилия на поисках следов существования очень легких разновидностей аксионов, не входящих в этот диапазон масс. Это, по мнению теоретиков, может объяснять, почему уже созданные и работающие микроволновые детекторы этих частиц пока не обнаружили следы существования аксионов за несколько лет их работы.
