Хиральные молекулы могут пролить свет на темную материю

Среда, 14 октября 2020

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ совместно с коллегами из Марбургского университета выяснили, что изучение спектров хиральных молекул может дать важную информацию о неизвестных составляющих нашей Вселенной. Их теоретические расчеты позволили предложить эксперимент, который либо даст темной материи «проявиться», либо приведет к существенным ограничениям на существующие космологические модели. Результаты этого исследования опубликованы в журналах Phys. Rev. Lett. и Phys. Rev. A.

Для постановки эксперимента необходимо тщательно подобрать хиральные молекулы - те, которые имеют две нетождественные зеркальные формы, отличающиеся друг от друга как правая рука от левой.

«Стандартная космологическая модель, основанная на общей теории относительности Эйнштейна, утверждает, что видимая материя составляет примерно 5% от общей плотности энергии во Вселенной. Предполагается, что большая часть материи существует в виде темной материи (ТМ), которая необходима, чтобы удержать Вселенную от разлета» - пояснил научный сотрудник Отделения нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Михаил Козлов.

В настоящее время существует очень мало достоверно известных данных о темной материи, но есть множество теорий о ее составе, начиная от реликтовых черных дыр и заканчивая сверхлегкими и пока не открытыми элементарными частицами. Многие теории предсказывают, что темная материя состоит из сверхлегких частиц, взаимодействие с которыми нарушает пространственную четность (Р), то есть позволяет отличить «право» и «лево». В макроскопическом мире, который мы видим вокруг себя, деление на «право» и «лево» выглядит естественным, но для микромира оно совсем не очевидно. Дело в том, что эти понятия теряют смысл в фундаментальных взаимодействиях, за одним исключением – слабого взаимодействия. Согласно расчетам ученых, именно процессы с участием слабого взаимодействия помогут «пролить свет» на темную материю. Влияние сверх лёгкой темной материи на электроны двух зеркальных форм хиральной молекулы – как результат слабого взаимодействия - может «проявиться» в спектроскопических экспериментах.

«Наши совместные с немецкими коллегами расчёты показали, что эксперименты с тщательно выбранными хиральными молекулами могут либо дать указание на существование сверхлегкой Р-нечетной формы темной материи, либо существенно ограничить соответствующие теоретические модели», - рассказал старший научный сотрудник Лаборатории квантовой химии Отделения перспективных разработок НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Тимур Исаев.

Соавтор работы, профессор Робер Бергер из Марбургского Университета отметил,что расчетами теоретиков уже заинтересовалась французская экспериментальная группа Бенуа Дарки из Института Галилея при Университете Сорбонны. «Эта лаборатория в течение многих лет занимается сверхточными измерениями колебательных спектров молекул и, несомненно, способна поставить соответствующий эксперимент по поиску темной материи», - пояснил Роберт Бергер.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт