Почему тёмной материи ровно в пять раз больше обычной экспресс
На кухне стоит ведро с водой и такое же ведро с песком. Высыпаем песок в воду — и получаем смесь, где песка ровно в пять раз больше, чем воды. Примерно так устроена наша Вселенная: обычного вещества, из которого сделаны звёзды, планеты и мы сами, — одна часть, а неуловимой тёмной материи — пять. Почему пропорция именно такая, а не тысяча к одному или миллион к миллиону, — давняя загадка, которую называют проблемой совпадения.
Авторы новой работы предлагают элегантное решение: оба вида материи связаны общим «почтовым ящиком» — нейтронным порталом. Нейтрон — частица из нашего мира — способен на мгновение превращаться в частицу из тёмного сектора и обратно. В ранней Вселенной, когда всё было горячим и плотным, этот обмен работал как переводчик между двумя незнакомыми языками. Из-за него количество тёмной и обычной материи оказалось жёстко увязано — как сообщающиеся сосуды, где уровень жидкости всегда выравнивается.
Ключевой момент — сильное переохлаждение. Банка с очень чистым мёдом может оставаться жидкой при температуре намного ниже обычной точки застывания. Но стоит появиться крошечному кристаллику — и весь мёд мгновенно схватывается. Нечто подобное произошло в тёмном секторе: он долго оставался «жидким», а потом резко перешёл в новое состояние. Этот переход всколыхнул пространство-время и породил гравитационные волны с частотой наногерцы — именно такой сигнал недавно зарегистрировали сети радиотелескопов, следящих за пульсарами. Так одна и та же модель объясняет сразу две загадки: и совпадение количеств, и природу загадочного гула Вселенной.
В итоге масса частиц тёмной материи естественно получается порядка нескольких гигаэлектронвольт — примерно как у протона. А главный «почтальон» — нейтронный портал — должен иметь массу в тысячи раз больше, что открывает возможность найти его следы на Большом адронном коллайдере или в экспериментах с выведенными пучками. Так обычная вода и невидимый песок оказываются частями одного рецепта, записанного в первые мгновения после Большого взрыва.
Если бы тёмной материи было чуть меньше, галактики не смогли бы собраться в привычные спирали — Вселенная осталась бы россыпью одиноких звёзд без структуры.
В романе «Тёмный лес» Лю Цысиня невидимые нити тёмной материи используются как оружие — здесь же они становятся ключом к пониманию самого устройства мироздания.