Фізики висунули сміливу гіпотезу про наявність у нашому Всесвіті дзеркального близнюка, який може проявлятися скупченнями невидимих, але притягуючих речовину нейтрино — тим, що ми називаємо темною матерією.
Нова незвичайна ідея передбачає, що в момент Великого вибуху разом з нашим Всесвітом з’явився і «дзеркальний», що кинувся по осі часу у зворотному напрямку. Хоча потрапити в цей протилежний світ в принципі неможливо, його існування повинно проявлятися у Всесвіті в формі поки не виявленого різновиду нейтрино. Скупчення таких нейтрино можуть створювати ту саму темну матерію, частинки якої не вдається знайти, незважаючи на всі зусилля фізиків.
Гіпотезу про існування “дзеркального” Всесвіту ще кілька років тому висунула команда вчених на чолі з відомим південноафриканським астрофізиком Нілом Туроком (Neil Turok), який зараз працює в Манчестерському університеті (Великобританія). Їх нова стаття прийнята до публікації в журналі Annals of Physics і викладена у відкритій онлайн-бібліотеці препринтів arXiv.org. Вона розглядає деякі наслідки з цієї незвичайної ідеї, в тому числі про темну матерію.
Нагадаємо, сучасна наука спирається на уявлення про симетрію, властиву фізичним законам. Вона полягає в незмінності поведінки системи при деяких перетвореннях. Так, заряди частинок можна замінити на протилежні, і всі взаємодії між ними залишаться колишніми. Сама фундаментальна симетрія-СРТ-інваріантність – говорить про незмінність фізичних законів при одночасній інверсії зарядів (С), координат (Р) і часу (Т).
Науці відомі різні винятки-порушення Р-і С-симетрії, а також різних їх комбінацій. Наприклад, порушення СР-інваріантності може призводити до домінування частинок і майже повної відсутності античастинок у Всесвіті. Однак одночасного порушення СРТ-симетрії поки не виявили: якщо в системі звернути на протилежні і заряди, і координати, і час, в принципі для неї нічого не зміниться.
Ніл Турок і його співавтори застосували СРТ-інваріантність до самого Всесвіту. У такій гіпотетичній картині наш світ виходить лише половиною подвійної системи. Його СРТ-зворотний близнюк подорожує по часу в протилежному напрямку, маючи протилежні заряди і дзеркально відбиті координати.
- Астрономи відкрили нову структуру з масивних зірок у нашій галактиці
- «Вебб» розглянув згустки газу, що залишилися від зірки, що вибухнула (фото+відео)
Розрахунки показали, що такий “подвійний” Всесвіт дозволяє досить просто пояснити існування темної матерії. Цю загадкову субстанцію не видно жодним науковим інструментом, оскільки вона здатна взаємодіяти зі звичайною речовиною лише за допомогою гравітації. Темну матерію можна помітити тільки по тяжіння звичайної: наприклад, по траєкторіях зірок навколо невидимого гравітуючого скупчення. Це дозволяє картувати згустки темної матерії в масштабах цілих галактик, але не дає можливість вловити і досліджувати частинки, з яких вона складається.
Дотепер про ці частинки існують виключно гіпотетичні уявлення. І якщо відштовхуватися від того, що ми живемо лише в половині з цілісного «подвійного» СРТ-інваріантного Всесвіту, то однією гіпотезою стає більше. Ніл Турок з колегами показали, що в цьому випадку повинні з’являтися нейтрино нових типів.
Сьогодні їх відомо шість (електронне, мюонне і тау-нейтрино плюс їх античастинки з протилежними зарядами), всі вони володіють позитивним спіном, хоча інші фундаментальні частинки бувають і з позитивним, і з негативним. Але ось в “подвійному” Всесвіті повинні існувати і нейтрино зі зворотним спіном. Вони практично ніяк не взаємодіють зі звичайною речовиною і можуть проявлятися лише в дуже масових скупченнях, завдяки своїй гравітації — зовсім як гіпотетична темна матерія. За розрахунками Ніла Турока і його колег, кількості таких нейтрино повинно бути достатньо, щоб спостерігалися всі потрібні ефекти темної матерії.
Незвичайна гіпотеза дозволяє зробити кілька перевіряючих висновків про фундаментальні властивості нейтрино. Зокрема, вона передбачає, що щонайменше один тип цих частинок повинен бути безмасовим. Поки це питання залишається відкритим: експерименти дозволили встановити лише верхню межу мас нейтрино. Можливо, нові роботи допоможуть з’ясувати їх остаточно – і ми отримаємо перше свідчення на користь існування у нашому Всесвіті дзеркального близнюка.