Темная материя составляет около 27% всей материи во Вселенной, но ученым пока не удалось достаточно хорошо изучить ее. Эта субстанция не излучает свет и не реагирует на него каким-либо образом, а также редко взаимодействует с обычной материей — эти особенности делают темную материю почти невидимой для астрономов.
Вопрос о свойствах и происхождении темной материи остается открытым. Большинство ученых согласны с моделью так называемой лямбда-холодной темной материи (Lambda CDM). Она предполагает, что темная материя холодная, то есть ее частицы движутся медленно по сравнению со скоростью света, а также слабо взаимодействуют с обычным веществом и электромагнитным излучением.
Однако могут существовать частицы, которые взаимодействуют с темной материей — речь идет о списке с конкретными наименованиями, среди которых темные фотоны. Обычные фотоны — это элементарные частицы, которые действуют как носители электромагнитной силы, составляющей свет и радиоволны. Считается, что влияние темной материи может порождать новую гипотетическую частицу — темный фотон.
Исследователи проанализировали результаты экспериментов под названием NA64 за 2016–2018 годы. Эксперимент предполагает взрыв электронного пучка с энергией 100 ГэВ в суперпротонном синхротронном ускорителе (SPS) — после этого события ученые наблюдают, что происходит с элементарными частицами. Предполагается, что темный фотон, который невозможно увидеть, можно определить по энергии. Он уносит ее с собой, будучи не ограниченным стенками SPS.
В результате физики выяснили, что темные фотоны с массой 1 МэВ взаимодействуют с электроном с силой, которая по меньшей мере в 100 тыс. раз слабее электромагнитной силы, которую несет фотон. Для темного фотона с массой 200 МэВ эта разница как минимум в 1 тыс. раз слабее.
Наблюдения позволили ученым установить более строгие границы для темных фотонов и сократить список гипотетических частиц, способных взаимодействовать с темной материей.
Ранее физики из Стэнфордского университета и Национальной лаборатории SLAC на основе наблюдений за галактиками, вращающимися вокруг Млечного пути, предложили гипотезу. Согласно ей, темная материя легче, чем считалось ранее, и меньше взаимодействует с другой материей. Это позволит уточнить модели и улучшить понимание этой субстанции.