Зеркальной материей называют материю, которую составляют частицы, аналогичные частицам нашего мира, но как бы отраженные в зеркале, у этих частиц правая и левая стороны меняются местами.
Стандартная модель, являющаяся самым лучшим способом описания элементарных частиц, несимметрична относительно правого и левого. В 1956 году ученые Ли и Янг увидели, что слабые взаимодействия элементарных частиц являются несимметричными по отношению к отражению в зеркале. эти ученые были не удовлетворены этой асимметрией.
Зеркальное вещество было использовано в качестве основы для первой модели темной материи.
Темная материя
Гипотеза о существовании темной материи во вселенной была предложена Ф. Цвикки в 1933 году. Цвикки предположил наличие темной матери в скоплении галактик Кома.
Практически сразу после публикации работы Эйнштейна о гравитационном линзировании Цвикки выдвинул предложение о возможности проверки наличия темной материи по эффекту гравитационной линзы, в настоящее время это называют макролинзированием.
Кроме того, Цвикки предложил изучать кривые вращательного движения галактик с целью обнаружения скрытой массы в галактиках.
Надо заметить, что идеи Цвикки были забыты почти на 50 лет.
Открытие вновь темной материи произошло в 1970 годы. Когда:
- проблема скрытой массы галактик стала особенно острой в результате расхождения данных, полученных прямыми (кинематическими) измерениями и косвенными (фотометрическими) оценками массы галактик и их систем;
- было открыто большое количество горячего газа в скоплении галактик в рентгеновском диапазоне. (Этот газ не мог бы удерживаться в скоплениях при помощи гравитации видимых барионов).
Модель темной материи
Первая модель темной материи была предложена в работах И.Ю. Кобзарева, Л.Б. Окуня, И.Я. Померанчука в 1966 году. Ученые занимались проблемами нарушения СР – симметрии.
В физике элементарных частиц нарушение СР – симметрии рассматривается как нарушение комбинированной четности, это означает неинвариантность физических законов по отношению к операции зеркального отражения при одновременной замене всех частиц на античастицы.
Для объяснения структуры темной материи необходимо было найти частицы, которые бы очень слабо взаимодействовали с обычными частицами. Кобзарев, Окунь и Померанчук предположили «зеркальные» частицы, восстанавливающие СР – симметрию. Эти частицы не были способны к взаимодействию с обычными частицами ни сильно, ни полусильно, ни электромагнитно. Зеркальные частицы являются массивными, и, следовательно, притягиваются гравитационно к частицам нашего мира.
Основным результатом работы ученых, в этом вопросе стали следующие выводы:
- зеркальное вещество способно взаимодействовать с обычным веществом только очень слабо;
- верхняя граница концентрации зеркального вещества в Солнечной системе мала;
- предложена первая модель темной материи, содержащая множество невидимых звезд. Зеркальные звезды должны быть невидимыми, о должны давать эффект микролинзирования.
Проблема темной материи превратилась в особо актуальную, когда возникли гипотезы и наличии суперсимметричных частиц - аксионах.
Гипотеза о наличии зеркальной темной материи на настоящее время является привлекательной при исследовании темной материи.
Кобзарев, Окунь и Померанчук ввели термины «зеркальные частицы» и «зеркальное вещество». Ученые считали, что зеркальные частицы существуют в скрытом секторе, в нем микрофизика такая же, как в видимом.
И в настоящее время имеется мотивация для того, чтобы искать зеркальную материю:
- Массивные частицы, которые бы реализовывали слабые взаимодействия, не обнаружены.
- Свойства частиц темной материи в отношении кластеризации в масштабах размеров звезд неизвестны.
- Имеется проблема микролинзирования. Имеющихся нормальных звезд недостаточно для объяснения всех событий. Заметим, что суммарная масса темной материи – гало не объясняется невидимыми звездами.
- Найдены скопления галактик, например, Абель 520, объяснение которых, используя модель чистой холодной темной материи встречает противоречия.
- Зеркальное вещество по настоящее время служит полезной моделью темной материи, которая указывает на разнообразие в устройстве мира в области темной материи.
- Ученые, наблюдающие микролинзирование не достигли согласия, но определили, что темной материи в гало Млечного Пути имеется не больше, чем 20% невидимых звезд.
- Вычисления увеличения возмущений на линейной стадии с учетом зеркального вещества выполнены. Зеркальное вещество способно дать необходимые возмущения для роста структур в барионном веществе.
Экспериментального подтверждения существования зеркальной материи не существует.
Зеркальная материя не является хорошо определенной. Не существует конкретной стандартной теории об устройстве зеркального мира. Не понятно является ли этот мир точной копией нашего мира. Известно, что темной материи намного больше, чем видимой, следовательно, в этом аспекте симметрия будет нарушена. Это означает, что в мирах имеется разница.
Гипотетические модели зеркальных миров
Имеется чисто гипотетическая теория, в которой можно создать мир, созданный из двух блоков:
- видимого мира;
- зеркального мира.
Теория является симметричной. Данные миры взаимодействуют посредством гравитации и при помощи некоторого объединяющего взаимодействия, которое мы не видим. В этих мирах имеются некоторые экзотические структуры, которые похожи на линейный объект, тянущийся во Вселенной. Если этот объект обойти, то мы вернемся в начальную точку отраженными, как в зеркале. Если данную структуру облетит электрон, то в исходную точку прилетит зеркальный электрон.
Другой моделью зеркального мира рассматривают мир, в котором зеркальный фотон слегка массивный. У фотона в нашем мире масса покоя равна нулю. При этом луч света, составленный из фотонов при наличии обозначенного нами выше зеркального мира, станет распространяться особенным образом. Некоторая часть обычных фотонов будет трансформироваться в фотоны, имеющие массу из зеркального мира. Проведем следующий эксперимент. Возьмем источник света и поставим стенку. Предположим, что до тех пор, пока свет шел до стены, некоторая часть фотонов трансформировалась в фотоны с массой. Обычные фотоны через стенку не проходят. Зеркальным фотонам наличие стенки не мешает, они со стенкой не взаимодействуют.
Далее часть зеркальных фотонов снова превращается в обычные фотоны, поставим за стенкой регистратор, и тогда увидим слабое изображение источника света. Вероятность описанного выше процесса настолько мала, что необходимо иметь огромное число фотонов, чтобы иметь малейшую надежду увидеть хотя бы что –ни будь за стенкой.
Солнце является источником огромного числа фотонов. Если представленная модель зеркального мира работает, то к нам летят и фотоны, и зеркальные фотоны. Следовательно, можно взять солнечный телескоп, поставить стенку и смотреть на наше светило сквозь стенку на Солнце. В настоящее время данный эксперимент не удастся, поскольку техника и темнота не является идеальной.
