Знание-сила, 2006 № 08 (950)

Ответа на этот вопрос пока нет. Есть только разумные догадки, основанные на новейших физических теориях. Эти теории предсказывают возможность существования особых «темных» частиц, из которых, возможно, и состоит темное вещество. А в самое последнее время появились факты, которые могут подтвердить — или опровергнуть — эти предсказания. Понятно, что астрофизики взволнованы. Ведь согласно их теориям эти частицы образовались на самых ранних этапах существования Вселенной. Не исключено, что с тех пор они скопились вблизи мест с большой гравитацией, чем могут быть центры галактик или их звезды. Обнаружение таких скоплений могло бы объяснить многие загадки — например, что происходит в невидимом нам центре Млечного Пути или почему наше Солнце окружено очень ярко светящейся «короной», происхождение которой до сих пор остается необъяснимым.

Подсказки о возможной природе «темных» частиц физики получили из двух теорий. Одна из них называется теорией суперсимметрии. Она продолжает ту теорию, которая привела к общепринятой сегодня «стандартной модели» элементарных частиц. Согласно этой модели, все существующие микрочастицы, в соответствии со своими свойствами, могут быть распределены по клеточкам некой таблицы, по классам, причем внутри каждого класса частицы обладают определенными общими свойствами — являются, например, «фермионами» (с полуцелочисленным вращательным моментом) или «бозонами» (с целочисленным вращательным моментом). Позднее выяснилось, что уравнения стандартной модели не вполне точно описывают поведение частиц, когда они обладают очень высокой энергией. Тогда возникла новая теория, основанная на принципе так называемой «суперсимметрии».

Грубо говоря, эта теория утверждает, что «правильные» уравнения реакций между частицами должны обладать одним общим свойством — они должны быть полностью симметричны относительно замены частиц из класса «бозонов» (к которым относится в частности, световая частица — фотон) на частицы из класса «фермионов» (к которым относится, в частности, электрон). А далее эта теория говорит: для того, чтобы нынешние уравнения (справедливые при небольших энергиях и неточные при больших) превратить в «правильные» (справедливые при всех энергиях), нужно добавить к таблице стандартной модели доселе неизвестные науке частицы — «супсрпартнеры» уже известных частиц (например, «фотино» вдобавок к фотону, «сэлектрон» вдобавок к электрону, «скварк» вдобавок к кварку). Разумеется, свойства этих новых частиц не могут быть любыми — они должны быть такими, чтобы уравнения, описывающие их реакции, превратились в «суперсимметричные». Такое требование позволяет вычислить, какими же должны быть эти свойства — масса, электрический заряд, момент вращения, взаимодействие с различными силами и полями и тому подобное — у разных «суперпартнеров».

В современной физике новые частицы иногда открываются не в экспериментах, не в ускорителях, а «на кончике пера». В данном случае, одна из новых частиц, предсказываемых теорией суперсимметрии, имеет прямое отношение к нашему рассказу о темном веществе. Частица эта — нейтралино. Она не имеет электрического заряда (отсюда ее название — НЕЙТРА-лино). Эта частица существует в нескольких видах, отличающихся массой. Обычно, когда говорят «нейтралино», имеют в виду самое легкое из разных «нейтралин», но даже оно тяжелее атома водорода — и притом тяжелее в 1000 и более раз.

Нейтралино — очень массивная частица, но в силу отсутствия у нее заряда она, в отличие от атомов обычного вещества, не взаимодействует со светом (то есть с электромагнитным полем). Вообще, она очень слабо взаимодействует с обычными частицами и всеми другими суперпартнерами. В этом отношении она очень похожа на нейтрино, только по массе является полной противоположностью: масса нейтрино практически равна нулю. Поэтому нейтрино проходят огромные слои вещества, почти не взаимодействуя с его атомами, а массивное нейтралино хоть немного, но оставляет за собой след такого взаимодействия — ядра атомов, задетые этой частицей, будут слегка отклоняться со своего пути. (Взаимодействуй нейтралино с обычным веществом чуть сильнее, и оно проходило бы сквозь него, как танк, оставляя за собой сплошные обломки и развалины.) Ученые рассчитывают обнаружить нейтралино с помощью такого рассеивания атомных ядер при прохождении этой невидимой частицы. Но пока что им это не удалось.