В современной  физике высоких энергий, опирающейся на принципы и методы квантовой теории поля, разработана и проверена с высокой точностью во множестве экспериментов Стандартная Модель (СМ), на данный момент заключающая в себе научные знания о структуре микромира. Однако есть ряд теоретических проблем и подтвержденных наблюдаемых явлений в структуре и эволюции Вселенной, которые не находят объяснения в рамках этой модели. Одним из таких феноменов является очевидное существование во Вселенной особого вида материи, так называемой скрытой массы (или Темной Материи), которая проявляет себя, главным образом, в гравитационном воздействии на астрономические объекты. 

«Физика Темной Материи может быть понята только в рамках расширений Стандартной Модели. Но математически аккуратно построить обобщения СМ можно не одним способом, вариантов добавить новые объекты к известным уже частицам СМ существует множество. В настоящее время мы находимся в непрестанном активном поиске, разрабатывая и анализируя различные сценарии расширений СМ, предсказывая наблюдаемые и измеримые эффекты, в которых проявится загадочная природа неуловимых частиц скрытой массы», – рассказал ведущий научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ физики ЮФУ Виталий Бейлин.

По словам ученых, исследования оригинальных моделей физики скрытой массы Вселенной, требующие рассматривать явления на космологических масштабах с использованием методов квантовой теории поля и современной астрофизики,  идут в рамках синтетического подхода — космомикрофизики. 

«В наших работах получено обобщение коэффициента сложности для статических сферически симметричных самогравитирующих структур в расширенных моделях гравитации. При локально анизотропном сферическом распределении материи определены уравнения поля и законы сохранения. Показано, что система может иметь нулевой коэффициент сложности, если эффекты неоднородности плотности энергии и анизотропии давления нейтрализуют влияние друг друга», – поделился руководитель группы, главный научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Максим Хлопов.

Группой теоретиков НИИ физики ЮФУ показано, что в разработанной ими оригинальной модели расширения СМ дополнительными тяжелыми фермионами, гиперкварками, Темная Материя может быть описана как двухкомпонентная, состоящая из тяжелых частиц, по-разному взаимодействующих с обычной материей, в том числе с космическимилучами высоких энергий. Учеными также предложен механизм задержки испарения первичных черных дыр (ПЧД), так что их испарение оказывается основным источником наблюдаемого космического гамма-фона. На заключительной стадии испарения эти ПЧД могут быть источником космических лучей и гамма-квантов сверхвысокой энергии, что позволяет проверить их существование.

Нашими физиками предложена модель сильновзаимодействующих тяжелых составных носителей скрытой массы, состоящих из обычных и, так называмых, синглетных тяжелых кварков. Детальный анализ структуры и специфических взаимодействий таких объектов с обычной материейпоказал наличие у таких составных объектов возбужденных состояний, благодаря чему возможенновый наблюдаемый эффект — возникновение слабого низкоэнергетического свечениягалактического гало ТМ. Как объяснил ведущий научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ физики ЮФУ Владимир Кукса,обнаруженное недавно на подземном детекторе XENON1T низкоэнергетическое излучение тожеможет быть проявлением такого рода Темной Материи. 

Новые результаты физиков НИИ физики ЮФУ опубликованы в высокорейтинговых журналах(Axioms, Mon. Not. Roy. Astr. Soc., Symmetry V.12 (4), Symmetry, V. 12(5) и Universe V.6 (10))изложены в докладах международных конференций (XXIII Int. Workshop “What Comes Beyond the Standard Models?”, Bled, Slovenia, 2020; The 4thZeldovich Memorial Virtual Meeting, International Center for Relativistic Astrophysics Network and National Academy of Sciences of Belarus; 5th International Conference on Particle Physics and Astrophysics, dedicated 90th anniversary of B.A.Dolgoshein, NRNU, Moscow).