Ny teori knytter mørk materie til en skjult femte dimensjon

Mørk materie, det usynlige stoffet som holder galakser sammen, kan skylde sin unnvikende natur til geometrien i en skjult femte dimensjon, ifølge en ny teori fra fysikere ved University of Sheffield.

Studien, publisert i Physical Review D den 8. juli, foreslår at mørk materie befinner seg i en skjult ekstra dimensjon sammen med en hypotetisk kraftbærende partikkel kalt et mørkt foton. Formen på denne dimensjonen tvinger naturlig massene til disse partiklene inn i en presis justering – et fenomen forskerne kaller "mørk materie-resonans" – omtrent som et musikkinstrument som vibrerer ved nøyaktig riktig frekvens.sheffield+1

En naturlig forklaring

Ideen om resonant mørk materie er ikke ny, men tidligere modeller krevde at fysikere manuelt finjusterte partikkelmassene for å produsere effekten. Sheffield-teamet argumenterer for at ingen slik finjustering er nødvendig: resonansen oppstår direkte fra den matematiske strukturen til selve den ekstra dimensjonen.arxiv+1

Denne distinksjonen er viktig fordi resonansen kan gjøre interaksjoner med mørk materie langt sterkere i spesifikke perioder i kosmisk historie, som det tidlige universet, samtidig som den forklarer hvorfor stoffet virker nesten helt inert i dag.sheffield

"Mange tidligere modeller for resonant mørk materie har behandlet resonansen som en antakelse. Dette arbeidet gir en mulig dypere opprinnelse for den: resonansen kan komme direkte fra geometrien til skjulte dimensjoner," sa Dr. Yu-Dai Tsai, en Royal Society Dorothy Hodgkin Senior Research Fellow ved Sheffield som ledet forskningen.sheffield

Kobler sammen to mysterier

Rammeverket knytter sammen to langvarige gåter innen fundamental fysikk – naturen til mørk materie og den mulige eksistensen av ekstra romlige dimensjoner utover de tre vi opplever. Ved å forene dem, tilbyr teorien fysikere spesifikke prediksjoner som kan veilede fremtidige eksperimenter.alphagalileo+1

"Forskningen vår gir fysikere tydelige nye mål i jakten på mørk materie, samtidig som den kobler sammen to av de største ideene innen fundamental fysikk," sa Tsai.sheffield

Artikkelen bygger på tidligere arbeid som utforsker masse-resonansstrukturer som oppstår naturlig i ekstra-dimensjonale modeller, først publisert som et fortrykk tidlig i 2025. Sheffield har vokst frem som et aktivt senter for forskning på mørk materie; i januar publiserte samme avdeling funn i Nature Astronomy som antyder at mørk materie og nøytrinoer kan interagere.sheffield+1