Скрытые массы, или темное вещество. Часть 3

Небарионная темная материя —

слабовзаимодействующие массивные частицы?

Это настолько очевидный и вопиющий пробел в фактических знаниях о Вселенной, что к этому уже, кажется, ничего особенно и не добавишь. Но скажем все же и нечто позитивное на эту тему. В ряде современных работ развивается предположение, что природа скрытого вещества связана так или иначе с неравновесными процессами в космической среде на ранних этапах расширения Вселенной. Такого рода процессы в ранней Вселенной уже давно известны в космологии; их теория развивалась многими теоретиками вслед за Я. Б. Зельдовичем и его учениками.

Подробно изучена, например, кинетика закалки частиц и античастиц в космической среде [11,14,166]. Пусть сечение аннигиляции есть а, концентрация частиц — п и их средняя скорость — V. Тогда характерное время аннигиляции есть

(1.56)

Время г могло быть сначала очень малым по сравнению с космологическим возрастом t, а потом из-за изменения со временем величин, от которых оно зависит, это время могло стать больше космологического возраста. Тогда аннигиляция частиц и античастиц прекратится, и они смогут сохраниться во Вселенной. Такое явление и называется закалкой аннигиляции.

Именно это произошло с космическими нейтрино и антинейтрино; но на роль темного вещества нейтрино не годятся из-за их

слишком малой массы. Однако то же самое могло бы произойти и с достаточно массивными частицами скрытой массы, — если только предположить, что носителями темного вещества являются именно элементарные частицы вместе с античастицами. Такие частицы не должны излучать электромагнитные волны и вообще взаимодействовать с электромагнитным излучением. Подобно нейтрино, они могли бы участвовать лишь в слабом (и, конечно, гравитационном) взаимодействии. При подходящем значении массы этих частиц они могли бы обеспечить наблюдаемое значение плотности темного вещества. В англоязычной литературе эти частицы называют сокращенно WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Обсуждается, в частности, предположение о том, что закалка частиц темного вещества произошла в эпоху, когда температура была близка к характерной энергии электрослабых процессов Mew ~ 1 ТэВ [60]. При этом исходят из представления о ключевой роли электрослабых процессов как в физике элементарных частиц, так и в космологии ранней Вселенной. К этой идее мы далее еше вернемся.

В различных моделях объединенных взаимодействий, включая суперсимметричные, рассматриваются различные элементарные частицы, претендующие на роль основного вещества небари-онной темной материи — суперсимметричные партнеры обычных частиц, например, гравитино (которые заодно могут и сыграть решающую роль в объяснении барионной асимметрии Метагалактики [207]) или нейтралино [212]. В настоящее время проводятся многочисленные эксперименты по поиску WIMP-частиц, но они пока не обнаружены, что дает предел для сечения их взаимодействия с барионами 0"wimp < 5,4-10~6 пикобарн для частиц с массой более 35 ГэВ [70].

 

Другие части:

Скрытые массы, или темное вещество. Часть 1

Скрытые массы, или темное вещество. Часть 2

Скрытые массы, или темное вещество. Часть 3

Скрытые массы, или темное вещество. Часть 4