В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная пережила стремительное раздувание — инфляцию. Пространство растягивалось быстрее света, и квантовые дрожания вакуума превращались в настоящие частицы. Так могла родиться тёмная материя — невидимое вещество, которое удерживает галактики от распада.
Авторы работы рассмотрели гипотетическую частицу — тёмный фотон. Это аналог обычного фотона, но с крошечной массой. В моделях, где инфляция меняет геометрию пространства, свойства тёмного фотона зависят от хода самого раздувания. Расчёты показали: если не учесть эту зависимость, можно ошибиться в количестве рождённых частиц в сотни раз.
Учёные взяли модель инфляции, предложенную Алексеем Старобинским в 1980 году. В ней раздувание обеспечивается не полем, а поправками к искривлению пространства-времени. Для этого сценария они честно проинтегрировали уравнения рождения частиц от начала инфляции до наших дней. Результат — предсказание массы, которое можно проверить в лабораторных экспериментах по поиску тёмных фотонов.
Так квантовые дрожания вакуума, застывшие в первые мгновения, оказываются ключом к разгадке состава современной Вселенной. Узкое окно масс — это не просто число, а приглашение к прямой проверке теории.
Тёмные фотоны, если они существуют, могли бы очень слабо смешиваться с обычным светом. Их ищут, «слушая» пустую металлическую полость с помощью сверхчувствительных радиоприёмников.