Идея резонанса темной материи не нова. Она состоит в том, что при определенном соотношении масс частица темной материи и частица-переносчик силы (так называемый темный фотон) могут входить в резонанс — подобно тому, как две струны в музыкальном инструменте начинают звучать в унисон, если их настроить на одну частоту. В таком состоянии взаимодействие между ними резко усиливается, что могло играть ключевую роль в ранней Вселенной. Но в предыдущих моделях это соотношение приходилось «подгонять вручную» — подбирать массы так, чтобы эффект работал.

Команда ученых из Университета Шеффилда и Университета Индианы предлагает элегантное решение: соотношение масс возникает автоматически из формы дополнительного измерения. Представьте себе трубу или струну: ее геометрия определяет диапазон возможных частот. Точно так же геометрия пятого измерения заставляет массы частиц темной материи и темного фотона соответствовать нужному резонансу — без каких-либо подгонок вручную. Это не просто упрощает модель — это придает ей глубину и внутреннюю согласованность, говорится в пресс-релизе

Основное преимущество модели в том, что резонанс делает взаимодействие темной материи с обычным веществом очень сильным в определенные периоды (например, вскоре после Большого взрыва), но почти незаметным сегодня. Именно это мы и наблюдаем: темная материя была активна в формировании структур во Вселенной, но сейчас почти не взаимодействует с обычной материей, поэтому мы не можем ее обнаружить. Геометрический резонанс дает естественное объяснение этому поведению.

Работа объединяет две давние загадки фундаментальной физики: природу темной материи и возможное существование дополнительных пространственных измерений. Вместо того чтобы рассматривать их по отдельности, авторы показывают, что они могут быть связаны. Это позволяет сделать конкретные предсказания: например, какие массы частиц следует искать в экспериментах, и какие сигнатуры могут появиться в данных ускорителей или детекторов темной материи нового поколения.

На протяжении почти 20 лет столкнувшиеся между собой галактики в скоплении Пуля считались главным доказательством существования темной материи. Однако новые наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба поставили такой вывод под сомнение.