Учёные связали тёмную материю и тёмную энергию через механизм, похожий на образование сверхпроводников

Физики из Дартмутского колледжа представили новую модель, которая объясняет природу тёмной материи и тёмной энергии через механизм, напоминающий сверхпроводимость. Исследование предлагает альтернативу общепринятым теориям, где тёмная материя считается изначально массивной и «холодной». Согласно работе, эти загадочные компоненты Вселенной могли возникнуть в результате фазовых переходов, аналогичных образованию куперовских пар в сверхпроводниках.

Авторы предположили, что частицы тёмной материи изначально были безмассовыми и двигались со скоростью света, подобно фотонам. Однако, в отличие от света, они обладали спином — внутренним свойством, которое определяло их взаимодействие. При охлаждении ранней Вселенной частицы с противоположными спинами начали объединяться в пары, теряя энергию и формируя массивные сгустки. Сегодня эти сгустки составляют 25% массы Вселенной и формируют гравитационный каркас галактик.

Для тёмной энергии учёные предложили иной сценарий. Если частицы имели минимальную массу, то система не смогла завершить переход в стабильное состояние, «застряв» в метастабильной фазе. Это состояние проявляется как тёмная энергия, которая действует как антигравитация, ускоряя расширение Вселенной. Ключевым параметром модели стал аксиальный химический потенциал, регулирующий баланс частиц и античастиц. Его роль можно сравнить с термостатом, который контролирует переход между фазами — от высокоэнергетического состояния к конденсации.

Главное преимущество теории — естественное объяснение «тонкой настройки» Вселенной. Экспоненциальное подавление энергетических масштабов устраняет необходимость в искусственных параметрах для описания слабой плотности тёмной энергии. Кроме того, модель предсказывает, что соотношение между плотностью тёмной материи и её давлением меняется со временем. Проверить это смогут проекты Simons Observatory и CMB-S4, которые анализируют космическое микроволновое фоновое излучение — реликт первых мгновений после Большого взрыва.

Хотя теория требует интеграции в стандартную модель физики частиц, она предлагает новый подход к изучению «тёмной» стороны космоса. Следующий шаг — поиск следов предложенных процессов в данных телескопов нового поколения, таких как обсерватория имени Веры Рубин или космический телескоп «Евклид».

 Источник: Physical Review Letters