Физики ЮФУ предсказали возможные проявления темной материи во Вселенной

В современной физике высоких энергий, опирающейся на принципы и методы квантовой теории поля, разработана и проверена с высокой точностью во множестве экспериментов Стандартная модель (СМ), на данный момент заключающая в себе научные знания о структуре микромира. Однако есть ряд теоретических проблем и подтвержденных наблюдаемых явлений в структуре и эволюции Вселенной, которые не находят объяснения в рамках этой модели.

Одним из таких феноменов является очевидное существование во Вселенной особого вида материи, так называемой скрытой массы (или темной материи), которая проявляет себя, главным образом, в гравитационном воздействии на астрономические объекты. В Южном федеральном университете работы на переднем крае современной фундаментальной науки успешно ведет группа физиков-теоретиков под руководством профессора Максима Хлопова.

«Физика темной материи может быть понята только в рамках расширений Стандартной модели. Но математически аккуратно построить обобщения СМ можно не одним способом, вариантов добавить новые объекты к известным уже частицам Стандартной модели существует множество.

В настоящее время мы находимся в непрестанном активном поиске, разрабатывая и анализируя различные сценарии расширений СМ, предсказывая наблюдаемые и измеримые эффекты, в которых проявится загадочная природа неуловимых частиц скрытой массы», – рассказал ведущий научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ физики ЮФУ Виталий Бейлин.

По словам ученых, исследования оригинальных моделей физики скрытой массы Вселенной, требующие рассматривать явления на космологических масштабах с использованием методов квантовой теории поля и современной астрофизики, идут в рамках синтетического подхода — космомикрофизики.

«В наших работах получено обобщение коэффициента сложности для статических сферически симметричных самогравитирующих структур в расширенных моделях гравитации. При локально анизотропном сферическом распределении материи определены уравнения поля и законы сохранения. Показано, что система может иметь нулевой коэффициент сложности, если эффекты неоднородности плотности энергии и анизотропии давления нейтрализуют влияние друг друга», – поделился руководитель группы, главный научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Максим Хлопов.

Группой теоретиков НИИ физики ЮФУ показано, что в разработанной ими оригинальной модели расширения СМ дополнительными тяжелыми фермионами, гиперкварками, темная материя может быть описана как двухкомпонентная, состоящая из тяжелых частиц, по разному взаимодействующих с обычной материей, в том числе с космическими лучами высоких энергий.

Учеными также предложен механизм задержки испарения первичных черных дыр (ПЧД), так что их испарение оказывается основным источником наблюдаемого космического гамма-фона. На заключительной стадии испарения эти ПЧД могут быть источником космических лучей и гамма-квантов сверхвысокой энергии, что позволяет проверить их существование.

Нашими физиками предложена модель сильно взаимодействующих тяжелых составных носителей скрытой массы, состоящих из обычных и, так называемых, синглетных тяжелых кварков. Детальный анализ структуры и специфических взаимодействий таких объектов с обычной материей показал наличие у таких составных объектов возбужденных состояний, благодаря чему возможен новый наблюдаемый эффект — возникновение слабого низкоэнергетического свечения галактического гало ТМ.

Как объяснил ведущий научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ физики ЮФУ Владимир Кукса, обнаруженное недавно на подземном детекторе XENON1T низкоэнергетическое излучение тоже может быть проявлением такого рода темной материи.