Всё началось с крошечного сгустка, который рос быстрее, чем свет успевал его обогнуть. Внутри этого раздувающегося пузыря — нашей будущей Вселенной — царила невообразимая жара. Но одно поле, названное инфлатоном (двигателем раздувания), вело себя как дирижёр: оно управляло и расширением, и тем, как вели себя другие частицы.
Среди этих частиц были глюоны — переносчики сильного взаимодействия, которые обычно склеивают кварки в протоны и нейтроны. В обычной жизни они работают только внутри атомных ядер, но в раскалённом младенчестве Вселенной они свободно летали повсюду. Исследователи обнаружили, что инфлатон может напрямую влиять на глюоны: когда поле раздувания было сильным, оно заставляло глюоны слипаться в плотные сгустки. В этих сгустках запиралась одна особенная частица — аксион (кандидат на роль тёмной материи). Аксион становился временно тяжёлым и неподвижным — как бабочка в коконе.
Но инфляция не вечна. Поле постепенно ослабевало, и глюонные оковы распадались. Аксион выходил на свободу уже лёгким. Тогда квантовые флуктуации (дрожь пространства) начинали раскачивать его, порождая ровно столько частиц, сколько нужно для наблюдаемой сегодня тёмной материи. Весь фокус в том, что момент освобождения должен наступить после того, как сформировались зародыши будущих галактик — иначе аксионы смазали бы картину реликтового излучения.
Авторы не привязывались к конкретной модели инфляции, а описали её одним числом — показателем «крутизны» спада. Если инфляция обрывается резко, как обрыв (показатель 1), глюонные сгустки растут слишком быстро и всё ломают. Если же она сходит на нет плавно, как пологий холм (показатель 2 или больше), механизм работает идеально. Но слишком уж пологие модели (показатель 3 и выше) делают спектр возмущений слишком красным — то есть в нём не хватает мелких деталей, что противоречит наблюдениям. Остаётся золотая середина — плато с показателем 2.
Так крошечный аксион, временно запертый в глюонном облаке, не только объясняет природу тёмной материи, но и помогает выбрать правильный сценарий рождения Вселенной. Раздувающийся пузырь из первого абзаца оказывается не просто красивой метафорой, а тонко настроенным механизмом, где каждая деталь — от глюонного клея до плавности расширения — оставила свой след в сегодняшнем космосе.
Аксион назван в честь стирального порошка, потому что он «очищает» теорию от одной неприятной проблемы — так же, как порошок отстирывает грязь.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» вакуум внезапно меняет свои свойства, и это грозит уничтожением всей известной физики — чем-то похоже на то, как менялось поведение глюонов в ранней Вселенной.