Ciemna materia, choć niewidzialna i nieuchwytna, stanowi większość masy wszechświata. Choć wiemy o jej istnieniu dzięki efektom grawitacyjnym, jej natura wciąż pozostaje tajemnicą. Nowe badania sugerują jednak, że cząstki ciemnej materii nie mogą być zbyt masywne – co może wpłynąć na przyszłe teorie dotyczące jej właściwości.

Obserwacje kosmologiczne wykazują, że widzialna materia nie wyjaśnia wszystkich sił grawitacyjnych w galaktykach i gromadach galaktyk. To właśnie ciemna materia, znacznie liczniejsza od zwykłej, uzupełnia te brakujące efekty. Problem w tym, że nie wiemy, czym są jej cząstki – mogą mieć masę od miliardowej części najlżejszych znanych cząstek aż po wartości znacznie cięższe od tych, które znamy.

Dotychczasowe badania koncentrowały się na cząstkach o masie zbliżonej do cięższych znanych cząstek, takich jak hipotetyczne WIMPy (Weakly Interacting Massive Particles). Jednak brak ich wykrycia sprawił, że naukowcy zaczęli rozważać dwie skrajności: cząstki o bardzo niskiej masie lub ekstremalnie ciężkie.

Według nowych badań, opublikowanych na arXiv, zbyt masywna ciemna materia napotyka istotny problem. W początkach wszechświata ciemna materia oddziaływała z materią zwykłą znacznie częściej, zanim ekspansja kosmosu te interakcje osłabiła. Większość modeli zakłada, że te oddziaływania zachodziły za pośrednictwem bozonu Higgsa, cząstki odpowiedzialnej za masę wielu znanych cząstek.

Bozon Higgsa sam oddziałuje z innymi cząstkami, co wpływa na jego masę. Jeśli cząstki ciemnej materii byłyby zbyt masywne – na przykład dziesięciokrotnie cięższe od najcięższych znanych cząstek – ich oddziaływanie mogłoby sprawić, że bozon Higgsa stałby się znacznie cięższy niż wynika to z pomiarów dokonanych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w 2012 roku.

Choć istnieją teorie zakładające, że ciemna materia mogłaby nie oddziaływać z materią zwykłą wcale lub robić to za pomocą mechanizmów niezwiązanych z bozonem Higgsa, takie modele są rzadkie i wymagają skomplikowanych założeń. Wyniki tych badań sugerują, że przyszłe eksperymenty powinny skupić się na lżejszych cząstkach ciemnej materii, co może znacząco przybliżyć nas do rozwikłania jednej z największych zagadek kosmologii.

Źródło: Universe Today