Темная материя может состоять из таинственных частиц — фермионов Майораны, существование которых было предсказано в тридцатые годы, но зарегистрировать их физики так и не смогли. Лишь в апреле этого года появились сообщения об эксперименте, в котором были найдены следы этих загадочных и неуловимых частиц, и вот, всего два месяца спустя, их объявили возможной основой темной материи.
Главная прелесть новой гипотезы заключается в том, что ее справедливость легко проверить.
Нового кандидата на главную составляющую темной материи предложили два теоретика США из Университета Вандербильта — Роберт Шеррер и Чу Ман Хо. В конце прошлого месяца они опубликовали свое предположение в журнале Physics Letters B.
С тех пор, как астрофизики обнаружили в тех же тридцатых годах, что в галактиках периферийные звезды движутся значительно быстрей, чем должны двигаться при данной галактической массе, и единственным объяснением этому было существование невидимой материи, которую обозвали темной, было высказано громадное количество предположений о том, из чего эта материя состоит.
Выдвигалось единственное требование — частицы, ее составляющие, должны слабо или вообще никак не взаимодействовать с электромагнитным полем, в частности, с фотонами, поэтому модели предлагались самые разные. В большинстве случаев предполагалось, что частицы темной материи «общаются» между собой посредством слабого взаимодействия или других экзотических сил, с которыми мы не встречаемся в повседневной жизни.
Предлагалась кандидатура и фермиона Майорана, но она была впоследствии отвергнута, как и многие другие кандидатуры.
Сегодня эта кандидатура выдвигается вновь, но на куда более серьезном уровне.
Существование фермионов — семейства частиц с полуцелым спином, таких, как кварк или электрон — было одновременно предсказано Энрико Ферми и Полем Дираком в 1928-м году. Для этих частиц характерно, что каждой из них соответствует античастица. Десятью годами позже, незадолго до своего трагического исчезновения, другой итальянский физик Этторе Майорана расширил определение своего друга Ферми и предположил существование фермионов, которые сами для себя являются античастицами. Ферми считал Майорану одним из самых великих физиков современности, однако тот страдал сильными депрессиями и был чрезвычайно нелюдим (чем-то напоминая нашего Григория Перельмана) и оставил миру всего десять публикаций.
В ночь с 25 на 26 марта 1938 года 31-летний профессор, только что возглавивший кафедру физики Неаполитанского университета, сел на пароход, идущий из Неаполя в Палермо, и больше его никто не видел. Теоретик такого уровня вряд ли мог сильно ошибаться, поэтому на протяжении трех четвертей столетия физики упорно искали фермион Майораны, а он с тем же упорством «избегал» встреч.
Шеррер и Хо провели детальный анализ этой гипотетической или почти гипотетической частицы и пришли к парадоксальному выводу, что хотя она и не взаимодействует с электромагнитным полем, электромагнитными свойствами, тем не менее, в полной мере наделена. Физики доказали, что она является анаполем.
Любой известный магнит представляет собой диполь, имеющий два полюса — северный и южный, плюс и минус. Идут разговоры о монополе, совсем уже гипотетическом образовании с одним магнитным полюсом. На этом фоне как-то остался незамеченным предсказанный в 1958-м году советским академиком Яковом Зельдовичем анаполь — магнит без полюсов. Анаполь — это частица, генерирующая электрический ток тороидальной формы.
Поле в нем сосредоточено внутри тороида, и снаружи себя никак не проявляет.
Расчеты Шеррера и Хо показали, что анаполь Майораны идеальным образом подходит на роль носителя темной энергии, их статья в Physics Letters B так и называется — «Анаполь темной материи».
«Вместо экзотических сил в нашей модели действуют обыкновенные электромагнитные силы, известные всем со школы, — говорит Шеррер. — Она проста и к тому же легко поддается проверке – она дает предсказания о скорости, с которой на темную материю должны реагировать подземные детекторы. Эти предсказания таковы, что уже в ближайшее время можно будет либо экспериментально доказать существование анаполя темной энергии, либо навсегда отвергнуть эту идею.
Частица, которая сама для себя является античастицей, при встрече с себе подобной должна аннигилировать. Если анаполь темной материи существует, то, согласно Шерреру и Хо, взаимодействие этих частиц тем выше, чем выше их скорость. Иными словами, быстрые фермионы Майораны благополучно аннигилировали еще в эпоху ранней Вселенной, оставив на сегодня только самые медленные. Именно из-за их медлительности они остаются практически неуловимыми для наших детекторов.