Тёмная материя составляет примерно восемьдесят пять процентов массы Вселенной, но ни один прибор никогда не зафиксировал её напрямую. Физики знают о её существовании лишь по гравитационному воздействию на галактики и по следам, оставленным в реликтовом излучении. Исследователи из Шеффилдского университета предложили объяснение, почему это вещество остаётся неуловимым: оно может находиться в скрытом пятом пространственном измерении.
Ведущий автор исследования Ю-Дай Цай, старший научный сотрудник Шеффилдского университета, работал в сотрудничестве с учёными из Университета Индианы. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review D восьмого июля 2026 года, предполагает, что тёмная материя и гипотетические частицы — так называемые тёмные фотоны — находятся в пятом измерении, недоступном для обычной материи.
Идея дополнительных измерений не нова. В 1919 году Теодор Калуца предложил пятое пространственное измерение для объединения гравитации и электромагнетизма. Семь лет спустя Оскар Клейн показал, как это измерение может оставаться невидимым, сворачиваясь до микроскопических масштабов. Современные физики до сих пор используют эту калуца-клейновскую модель для объединения физических сил.
Тёмные фотоны находятся в центре теории команды Цая. Математически они сходны с обычными фотонами, но слабо взаимодействуют с обычной материей. Команда предполагает, что частицы тёмной материи и тёмные фотоны имеют доступ к пятому измерению, тогда как обычная материя остаётся в четырёх измерениях, доступных человеку.
Теория основана на механизме, который исследователи называют резонансом тёмной материи. Геометрия скрытого пятого измерения закрепляет массу тёмного фотона в фиксированном соотношении с массой частицы тёмной материи. Этот эффект напоминает, как музыкальный инструмент вибрирует на определённых частотах. В более ранних моделях это соотношение просто предполагалось, но модель Цая выводит его непосредственно из формы дополнительного измерения.
Согласно этой модели, в ранней Вселенной взаимодействие между тёмной и обычной материей должно было быть более сильным. По мере расширения и остывания космоса эти взаимодействия резко ослабли. Это могло бы объяснить, почему земные детекторы до сих пор не обнаружили никаких прямых следов тёмной материи.
Экспериментаторы уже ищут тёмные фотоны. Эксперимент NA64 в ЦЕРНе ищет сигналы, соответствующие массивным, слабо взаимодействующим аналогам фотонов, а проекты HeRALD и Oscura используют другие методы обнаружения. Гипотеза резонанса тёмной материи также могла бы объяснить, почему карликовых галактик вокруг Млечного Пути и Андромеды меньше, чем предсказывают стандартные модели.
Некоторые физики по-прежнему отдают предпочтение модифицированной ньютоновской динамике, которая изменяет законы гравитации, а не вводит новые частицы. Однако недавние данные миссии Gaia и спутника Fermi лучше согласуются с моделями тёмной материи. Теория дополнительного измерения остаётся лишь гипотезой, но она предлагает геометрическое обоснование для явления, которое стандартная модель объяснить не может. Если она верна, то пятое измерение — не просто математическая абстракция, а реальный слой Вселенной, скрытый от нас до сих пор.
