Астрофизики считают, что около 80% материи в нашей Вселенной состоит из загадочной «темной материи», которую не могут воспринимать ни человеческие органы восприятия, ни научные инструменты. Михаил Медведев, профессор физики и астрономии университета Канзаса и выпускник МФТИ 1993 года, предложил новую модель темной материи под названием дублированная «мультикомпонентная аромат-смешанная темная материя». Его работа упомянута даже на обложке Physical Review Letters — самого престижного журнала о физических исследованиях. «Темная материя все еще не обнаружена в лабораторных условиях. Мы выводим ее существование из астрономических наблюдений», — объяснил Михаил Медведев.
«Темная материя — почти неизвестная материя, наиболее вероятно, что она состоит из элементарных частицы или частиц, выходящих за рамки Стандартной модели, — говорит Медведев, — она никогда не наблюдалась непосредственно, но обнаруживает себя посредством гравитации, которую создает во Вселенной».
Теория Медведева основывается на поведении элементарных частиц, которые наблюдались или были предсказаны. В соответствии с самой распространенной сегодня теорией элементарных частиц, Стандартной моделью, элементарные частицы — кварки, лептоны и калибровочные бозоны — это строительные блоки атома. Свойства «ароматов» кварков и лептонов подвержены колебаниям, поскольку они могут комбинироваться при явлении так называемого смешивания ароматов.
В обычной жизни каждая частица или атом имеют определенную массу. Частица со смешанным ароматом загадочна: у нее одновременно несколько масс, и это влечет к необычным и занимательным эффектам. Медведев сравнивает смесь ароматов с белым светом, который содержит несколько цветов и может создавать радугу: если бы белый был некоторым ароматом, то красный, зеленый и синий были бы различными массами, которые смешиваются, чтобы получить белый. Кандидаты в темную материю также предположительно имеют смешанные ароматы как нейтралино, аксионы и стерильные нейтрино.
Ранее было обнаружено, что аромат-смешанные частицы могут «квантово испаряться» из гравитационного колодца, как если бы их потрясли, то есть как если бы они столкнулись с другой частицей. Медведев включил физический процесс квантового испарения в «космологический вычислительный код» и запустил симуляцию с помощью суперкомпьютера. Этот проект длиной в год потребовал в совокупности около двух миллионов компьютерных часов, иначе 230 лет чистого времени.
Темная материя может чрезвычайно слабо взаимодействовать с обычной материей, отчего она и не была до сих пор зафиксирована во множестве экспериментов, имеющих целью прямое наблюдение темной материи. Поэтому физики разработали рабочую модель абсолютно ни с чем не сталкивающейся (т.е. невзаимодействующей) и холодной (с очень низкими тепловыми скоростями) темной материи с космологической константой (плотность энергии, наблюдаемой в пустом межзвездном пространстве). Но модель не всегда сходилась с результатами наблюдений, до тех пор, пока статья Медведева не разрешила эту загадку. «Наши результаты показывают, что двухкомпонентная модель темной материи, основанная на смешивании ароматов разрешает сразу все наиболее трудные вопросы ранее принятой теории», сказал Михаил Медведев.
О том, как ученые исследовали темную материю и темную энергию, можно также узнать из интервью портала Научная Россия с доктором физико-математических наук, академиком РАН Валерием Анатольевичем Рубаковым.
