Физики выдвинули новую теорию темной материи

Альтернативная гипотеза темной материи, выдвинутая физиками-теоретиками из США, — переработка идеи «темного электромагнетизма». Помимо самой гипотезы, на конференции Planck 2019 ученые описали метод ее экспериментального обнаружения.

Считается, что темная материя составляет около четверти массы Вселенной. Ее присутствие нельзя увидеть напрямую, но можно обнаружить косвенно — через гравитацию, которая меняет форму далеких галактик и других объектов. Ряд ученых полагает, что темная материя состоит из неких частиц, которые еще предстоит открыть. Какое-то время назад лучшим кандидатом считались слабовзаимодействующие массивные частицы, вимпы. Но годы исследований идут, а эксперименты по их обнаружению не дают плодов.

Альтернативой вимпам может быть некая форма темного электромагнетизма, включающая «темные фотоны» и другие частицы. Темные фотоны должны, в таком случае, обладать слабой связью с обычными частицами света, пишет Phys.org.

В своей статье физики-теоретики Джон Тернинг и Кристофер Верхаарен развили эту идею, введя темный магнитный «монополь», который взаимодействует с темным фотоном.

В макроскопическом мире магниты всего обладают двумя полюсами. Монополь — это частица, которая действует как один конец магнита. Их существование предсказано квантовой теорией, но никогда не наблюдалось экспериментально. Ученые полагают, что темные монополи взаимодействуют с темными фотонами и темными электронами так же, как электроны и фотоны — с монополями.

Отсюда вытекает новый способ обнаружения темной материи. Согласно предсказанию Поля Дирака, круговое движения электрона вблизи монополя приведет к изменению фазы в его волновой функции. Поскольку электроны в квантовой теории существуют и как частицы, и как волны, электрон может пройти с любой стороны монополя, и в результате окажется слегка сдвинут по фазе с другой стороны.

Это явление, известное как эффект Ааронова — Бома, означает, что электрон, проходящий около магнитного поля, подвергается воздействию с его стороны, даже если не проходит через само поле.

По гипотезе Тернинга и Верхаарена, обнаружить темный монополь можно, наблюдая сдвиг фазы электрона.