Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ совместно с коллегами из Марбургского университета (Германия) выяснили, что изучение спектров хиральных молекул может дать важную информацию о неизвестных составляющих нашей Вселенной. Их теоретические расчеты позволили предложить эксперимент, который либо даст темной материи «проявиться», либо приведет к существенным ограничениям существующих космологических моделей. Результаты этого исследования опубликованы в журналах Phys. Rev. Lett. и Phys. Rev. A.
Для постановки такого эксперимента было необходимо тщательно подобрать хиральные молекулы – те, которые имеют две нетождественные зеркальные формы, отличающиеся друг от друга как правая рука от левой.
«Стандартная космологическая модель, основанная на общей теории относительности Эйнштейна, утверждает, что видимая материя составляет примерно 5% от общей плотности энергии во Вселенной. Предполагается, что большая часть материи существует в виде темной материи (ТМ), которая необходима, чтобы удержать Вселенную от разлета», – пояснил научный сотрудник отделения нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Михаил Козлов.
В настоящее время существует очень мало достоверно известных данных о темной материи, но есть множество теорий о ее составе, начиная от реликтовых черных дыр и заканчивая сверхлегкими, пока не открытыми элементарными частицами. Ярким примером этой загадочной составляющей Вселенной является обнаруженная в 2015 году массивная Галактика Dragonfly 44. Считается, что она почти полностью – на 99.9% – состоит из темной материи.
Многие теории предсказывают, что темная материя включает в себя сверхлегкие частицы, взаимодействие с которыми нарушает пространственную четность (Р), то есть позволяет отличить «право» и «лево». В макроскопическом мире, который мы видим вокруг себя, деление на «право» и «лево» выглядит естественным, но для микромира оно отнюдь не очевидно. Дело в том, что понятия «право» и «лево» теряют смысл в фундаментальных взаимодействиях, за одним исключением – слабого взаимодействия. Именно оно, согласно расчетам ученых, поможет пролить свет на темную материю. Влияние сверхлегкой темной материи на электроны двух зеркальных форм хиральной молекулы – как результат слабого взаимодействия – может «проявиться» в спектроскопических экспериментах.
«Наши совместные с немецкими коллегами расчеты показали, что эксперименты с тщательно выбранными хиральными молекулами могут либо дать указание на существование сверхлегкой Р-нечетной формы темной материи, либо существенно ограничить соответствующие теоретические модели», – рассказал старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Тимур Исаев.
Соавтор работы из Марбургского университета, профессор Роберт Бергер отметил, что расчетами теоретиков уже заинтересовалась французская экспериментальная группа Бенуа Дарки из Института Галилея при университете Сорбонны.
На фото: галактика Dragonfly 44, состоящая на 99.9 % из темной материи.
