Fizycy z Uniwersytetu w Sheffield i Uniwersytetu Indiana proponują nową teorię łączącą ciemną materię z ukrytym piątym wymiarem, sugerując, że jej nieuchwytny charakter można przypisać geometrii tego dodatkowego wymiaru. Badanie opublikowane w Physical Review D ujawnia, że ciemna materia może współistnieć w tym ukrytym wymiarze z teoretyczną cząstką znaną jako ciemny foton.
Model ten wprowadza koncepcję „rezonansu ciemnej materii”, który występuje, gdy masa cząstek ciemnej materii układa się dokładnie zgodnie z kształtem piątego wymiaru. To zjawisko wyrównania porównuje się do instrumentu muzycznego wibrującego z odpowiednią częstotliwością. W przeciwieństwie do poprzednich modeli, które wymagały precyzyjnego dostrojenia mas cząstek, zespół z Sheffield twierdzi, że ich teoria nie wymaga takich dostosowań, ponieważ rezonans wynika w naturalny sposób z matematycznych ram dodatkowego wymiaru.
Naukowcy wyjaśniają, że rezonans ten może nasilać interakcje ciemnej materii w określonych epokach historii kosmosu, zwłaszcza we wczesnym Wszechświecie, odpowiadając jednocześnie za jej obecny, prawie obojętny stan. Dr Yu-Dai Tsai, który kierował badaniem, stwierdził: „Wiele poprzednich modeli rezonansowej ciemnej materii traktowało rezonans jako założenie. Ta praca wskazuje na jego głębsze pochodzenie: rezonans może pochodzić bezpośrednio z geometrii ukrytych wymiarów”.
Te ramy teoretyczne łączą dwa istotne wyzwania stojące przed fizyką podstawową: naturę ciemnej materii i możliwe istnienie dodatkowych wymiarów przestrzennych. W rezultacie teoria dostarcza fizykom nowych przewidywań eksperymentalnych, które mogą pomóc w przyszłych badaniach. „Nasze badania wyznaczają fizykom nowe cele w poszukiwaniu ciemnej materii, łącząc jednocześnie dwie najważniejsze idee fizyki podstawowej” – dodał Tsai.
Artykuł opiera się na wcześniejszych badaniach dotyczących struktur rezonansu masy w modelach pozawymiarowych i został po raz pierwszy opublikowany jako wydruk wstępny na początku 2025 r. Uniwersytet w Sheffield ugruntował swoją pozycję kluczowego gracza w badaniach ciemnej materii, publikując wcześniej w Nature Astronomy informacje na temat interakcji między ciemną materią a neutrinami.
