Российские ученые выдвинули новую модель осцилляций стерильных нейтрино. Она может решить целый ряд важных проблем фундаментальной физики, в том числе и загадку природы темной материи.
Темной материи во Вселенной в несколько раз больше, чем обычного вещества. Она никак не взаимодействует с электромагнитным излучением, не поглощает и не излучает, поэтому остается невидимой и проявляется лишь гравитационным влиянием на массивные тела.
Считается, что именно сгустки темной материи образуют основу крупномасштабной структуры Вселенной, в рамках которой организуются скопления галактик и пустоты между ними. Но что именно представляет собой темная материя, из каких частиц она состоит, до сих пор неизвестно. Существует лишь ряд гипотез, а ученые продолжают уточнять Стандартную модель физики частиц с тем, чтобы она учитывала и существование темной материи.
Впрочем, темная материя — не единственное явление, перед которой Стандартная модель пока бессильна. Например, нейтрино — чрезвычайно легкие незаряженные частицы, бывают трех типов, причем могут переходить из одного типа в другой — осциллировать. Во многих уточнениях Стандартной модели выдвигается гипотеза и о четвертом типе нейтрино. Добавление в модель нескольких новых частиц, включая стерильные нейтрино, позволяет объяснить с ее помощью и нейтринные осцилляции, и темную материю, и преобладание во Вселенной материи над антиматерией.
Существование стерильных нейтрино надежно не доказано, хотя поиски ведутся сразу несколькими проектами, включая немецкий эксперимент KATRIN и «Троицк ню-масс» в Подмосковье. На эти частицы могут указывать и некоторые спектральные линии рентгеновского излучения от далеких галактик. Возможно, они появляются в результате распада стерильных нейтрино на нейтрино «классических» типов (активные) и фотоны.
В своей статье Федор Безруков, Антон Чудайкин и Дмитрий Горбунов предлагают модель, согласно которой превращения активных нейтрино в стерильные начались достаточно поздно в эволюции ранней Вселенной. Это снижает общее количество таких частиц, а также дает большой квадрат угла смешивания — величину, которая характеризует амплитуду перехода нейтрино из одного состояния в другое. Большой угол смешивания затрудняет этот переход, позволяя частицам темной материи образоваться из стерильных нейтрино.
Такая картина хорошо вписывается в представления современной космологии, согласно которым темная материя состоит из частиц разного типа — медленных, холодных и тяжелых, с одной стороны, и быстрых и легких, — с другой. Возможно, вторые из них представляют собой именно стерильные нейтрино, на долю которых может приходиться менее 35 процентов общего количества темной материи.
Работа Безрукова и его коллег открывает и новые возможности для поиска стерильных нейтрино в наземных экспериментах. Возможно, вскоре частицы будут обнаружены, существенно дополнив наши представления о фундаментальном устройстве Вселенной.
Модель была описана в статье, опубликованной на Международной конференции по новым рубежам физики (ICNFP2017)
По информации http://sci-dig.ru/physics/rossiyskie-fiziki-razobralis-v-povedenii-legkih-chastits-temnoy-materii/
