Хиральные молекулы могут пролить свет на темную материю

Их теоретические расчеты позволили предложить эксперимент, который либо даст темной материи "проявиться", либо приведет к существенным ограничениям существующих космологических моделей. Результаты этого исследования опубликованы в журналах Phys.Rev.Lett. и Phys.Rev.A.

Для постановки такого эксперимента было необходимо тщательно подобрать хиральные молекулы - те, которые имеют две нетождественные зеркальные формы, отличающиеся друг от друга как правая рука от левой.

"Стандартная космологическая модель, основанная на общей теории относительности Эйнштейна, утверждает, что видимая материя составляет примерно 5% от общей плотности энергии во Вселенной. Предполагается, что большая часть материи существует в виде темной материи (ТМ), которая необходима, чтобы удержать Вселенную от разлета", - пояснил научный сотрудник отделения нейтронных исследований НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ Михаил Козлов.

В настоящее время существует очень мало достоверно известных данных о темной материи, но есть множество теорий о ее составе, начиная от реликтовых черных дыр и заканчивая сверхлегкими, пока не открытыми элементарными частицами. Ярким примером этой загадочной составляющей Вселенной является обнаруженная в 2015 году массивная Галактика Dragonfly 44. Считается, что она почти полностью – на 99.9% –  состоит из темной материи.

Многие теории предсказывают, что темная материя включает в себя сверхлегкие частицы, взаимодействие с которыми нарушает пространственную четность (Р), то есть позволяет отличить "право" и "лево". В макроскопическом мире, который мы видим вокруг себя, деление на "право" и "лево" выглядит естественным, но для микромира оно отнюдь не очевидно. Дело в том, что понятия "право" и "лево" теряют смысл в фундаментальных взаимодействиях, за одним исключением – слабого взаимодействия. Именно оно, согласно расчетам ученых, поможет пролить свет на темную материю. Влияние сверхлегкой темной материи на электроны двух зеркальных форм хиральной молекулы – как результат слабого взаимодействия – может "проявиться" в спектроскопических экспериментах.

"Наши совместные с немецкими коллегами расчеты показали, что эксперименты с тщательно выбранными хиральными молекулами могут либо дать указание на существование сверхлегкой Р-нечетной формы темной материи, либо существенно ограничить соответствующие теоретические модели", - рассказал старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии отделения перспективных разработок НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ Тимур Исаев.

Соавтор работы из Марбургского университета, профессор Роберт Бергер отметил, что расчетами теоретиков уже заинтересовалась французская экспериментальная группа Бенуа Дарки из Института Галилея при университете Сорбонны.