Темна матерія залишається однією з головних загадок сучасної фізики. Попри те, що вона становить переважну частину маси Всесвіту, людство досі не змогло зафіксувати її пряму присутність. Нове дослідження, опубліковане в авторитетному журналі Physical Review D, пропонує радикальне пояснення: причина відсутності сигналів криється не в недосконалості приладів, а в самій геометрії простору.

Гіпотеза прихованого виміру

Команда астрофізиків під керівництвом Ю-Дая Цая висунула сміливу теорію. Вчені припускають, що темна матерія та пов'язані з нею гіпотетичні частинки — темні фотони — існують у прихованому п'ятому просторовому вимірі. Ця концепція розвиває ідеї Теорії Калуци-Клейна 1920-х років, згідно з якими додаткові виміри «згорнуті» на мікроскопічному рівні та залишаються невидимими для людського сприйняття.

Ключова відмінність нової моделі полягає в доступі до цього виміру. Тоді як звичайна матерія обмежена чотирма відомими вимірами (трьома просторовими та часом), темні частинки мають прямий доступ до п'ятого виміру.

Механізм резонансу та геометрія 5D

Центральним елементом теорії є механізм «резонансу темної матерії». Фізики з Шеффілда відмовилися від звичних підходів, де співвідношення мас темного фотона та частинки темної матерії задавалося довільно. Натомість вони вивели ці параметри безпосередньо з геометрії додаткового виміру.

Згідно з розрахунками, у ранньому Всесвіті цей резонанс забезпечував потужну взаємодію між звичайною та темною матерією. Однак із розширенням та охолодженням космосу ця взаємодія різко ослабла. Саме цей процес пояснює, чому сучасні наземні детектори не фіксують прямих сигналів від темної матерії — вона просто перестала активно «спілкуватися» з нашим виміром.

Експериментальна перевірка та галактичні аномалії

Теорія не залишається лише математичною абстракцією. Астрофізики вже приступили до її експериментальної перевірки. Пошук темних фотонів триває в рамках експерименту NA64 на базі ЦЕРН, а також в альтернативних проєктах HeRALD та Oscura.

Крім того, модель 5D-резонансу пропонує рішення для іншої космологічної проблеми: пояснює, чому навколо Чумацького Шляху та галактики Андромеди спостерігається менше карликових галактик, ніж передбачає стандартна модель.

Хоча прихильники модифікованої ньютонової динаміки (MOND) намагаються пояснити подібні аномалії зміною законів гравітації без введення нових частинок, найновіші дані, отримані космічним телескопом Gaia та супутником Fermi, все частіше свідчать на користь моделей з темною матерією.