Гипотетический процесс, в котором частицы тёмной материи сталкиваются и производят частицы Стандартной модели, включая электроны и позитроны.Аннигиляция тёмной материи — это гипотетический процесс, в котором частицы тёмной материи, не взаимодействующие со светом и обычным веществом иначе как через гравитацию, сталкиваются друг с другом и превращаются в частицы Стандартной модели — привычные частицы, из которых состоят атомы, свет и излучение. Этот процесс занимает центральное место во многих теориях тёмной материи, поскольку предлагает способ её косвенного обнаружения: если частицы тёмной материи могут аннигилировать, они должны порождать гамма-кванты, нейтрино или заряженные частицы, такие как электроны и позитроны, которые можно наблюдать с помощью телескопов и детекторов. Эта идея особенно привлекательна для слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), ведущего кандидата на роль тёмной материи, которые были многочисленны в ранней Вселенной и могут до сих пор аннигилировать в плотных областях, например в центрах галактик или в Солнце.
Концепция возникла в 1980-х годах вместе с развитием гипотезы WIMP, когда теоретики поняли, что слабовзаимодействующая массивная частица с подходящими свойствами может одновременно объяснить наблюдаемое обилие тёмной материи и давать обнаружимые сигналы аннигиляции. Идея приобрела известность с развитием экспериментов по косвенному обнаружению в 1990-х и 2000-х годах, хотя до сих пор не было подтверждено ни одного однозначного сигнала.
В физике частиц аннигиляция происходит, когда частица встречается со своей античастицей, и их суммарная масса-энергия превращается в другие частицы. Для тёмной материи механизм зависит от природы частицы: если тёмная материя является своей собственной античастицей (как майорановский фермион), две частицы тёмной материи могут аннигилировать напрямую; если нет, необходимы частица и античастица. Аннигиляция обычно порождает пару частиц Стандартной модели — например, пару кварк-антикварк или лептон-антилептон, — которые затем распадаются или фрагментируют в стабильные частицы, такие как фотоны, протоны, электроны и позитроны. Скорость аннигиляции зависит от квадрата плотности тёмной материи, поэтому она наиболее сильна там, где тёмная материя сгущается, например в галактических гало или в гравитационной яме Солнца, где захваченная тёмная материя может накапливаться.
Аннигиляция тёмной материи является целью экспериментов по косвенному обнаружению, таких как космический гамма-телескоп Ферми, который ищет гамма-излучение из областей с высокой плотностью тёмной материи, и нейтринных телескопов, таких как IceCube, которые ищут нейтрино из солнечного ядра.
Если тёмная материя аннигилировала в ранней Вселенной, она могла произвести достаточно позитронов, чтобы объяснить наблюдаемое обилие антивещества в космических лучах — сигнал, который предварительно связывают с экспериментами PAMELA и AMS-02.
