Придуман новый кандидат в тёмную материю

Физики-теоретики придумали еще одного кандидата на роль частиц темной материи. Это магнитный монополь, причем не «обычный», а взаимодействующий исключительно с темными фотонами. Которые тоже гипотетические.

Темная материя — это одна из главных физических загадок наших дней. Астрономические наблюдения еще с начала прошлого столетия указывали на то, что внутри всех галактик есть некая невидимая масса, однако природа этой массы до сих пор осталась неясна. Тривиальные версии, вроде облаков газа, пыли или рассеянных в межзвездном пространстве потерянных планет уже однозначно исключены, поэтому физики склоняются ко мнению о том, что темная материя состоит из каких-то пока что неизвестных элементарных частиц. Вопрос в том, каковы эти частицы.

Ряд экспериментов позволил закрыть некоторые из гипотез относительно природы темной материи, но теоретики продолжают предлагать новые версии. Одна из них была представлена 6-го июня в Испании на конференции Planck 2019 двумя американскими исследователями.

Ученые развили версию о «темном электромагнетизме» — гипотетическом поле, частицы которого ведут себя подобно фотонам, квантам обычного электромагнитного излучения. Кроме того, в этой модели могут существовать и «темные электроны», которых мы не видим: они ускользают от детекторов в силу того, что «темные» частицы практически не взаимодействуют с обычными.

В новой гипотезе темные электроны и темные фотоны дополнены темным магнитным монополем: частицей магнитного заряда, точечным источником магнитного поля. Учтите — в обычной электродинамике магнитных монополей не существует: это значит, что силовые линии магнитного поля лишены определенного источника (они всегда замкнуты). В теории, которая допускает существование магнитных монополей, линии магнитного поля будут иметь начало и конец.

Слева: магнитное поле, порождаемое монополями (не существуют). Справа: магнитное поле, порождаемое кольцевым электрическим током (реальная картина мира)Geek3 / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Отсутствие магнитных монополей в обычном электромагнетизме на сегодня доказано достаточно надежно, а вот про «темное электромагнитное поле» сказать ученым нечего — само это поле является чисто гипотетическим. Но, как считают физики из университета Калифорнии, допустив существование темного электромагнитного поля, мы могли бы разрешить загадку невидимой массы.

Более того, ученые уже придумали и способ проверить свою догадку экспериментальным путем — благодаря чему их предположение является фальсифицируемым и, соответственно, проходит «проверку на научность» по критерию Поппера, а не относится к метафизике.

Физики указывают на то, что темные монополи должны немного влиять на пролетающие мимо обычные электроны. Правда, это достаточно тонкий квантовый эффект, который не является тривиальным отклонением заряда в магнитном поле. Электрон, пройдя мимо магнитного монополя, обычного или темного, должен слегка изменить свою фазу: в квантовой механике электрон это и частица, и волна — а волна имеет такие характеристики, как амплитуда и фаза.

Зафиксировать сдвиг фазы пролетающего мимо гипотетической частицы электрона должно быть крайне сложно. Расчеты показывают, что даже использованная для обнаружения гравитационных волн экспериментальная техника тут недостаточно чувствительна. Так что в ближайшее время гипотезу темного монополя физика проверить не сможет по чисто техническим причинам — но зато сможет добавить еще один пункт в бюджеты на модернизацию экспериментальных установок.

Стоит отметить, что и поимка гравитационной волны долгое время считалась практически невозможной. Техника, которой располагают экспериментаторы, все время совершенствуется и авторы новой гипотезы считают, что их догадку удастся рано или поздно проверить. Или, что тоже нельзя исключать, ученые раньше подтвердят одно из других предположений о природе темной материи.