シェフィールド大学とインディアナ大学の物理学者は、暗黒物質を隠された五次元に結び付ける新しい理論を提案し、そのとらえどころのない性質がこの追加次元の幾何学的形状に起因する可能性があることを示唆しています。 Physical Review D に掲載されたこの研究は、この隠された次元において暗黒物質が暗黒光子として知られる理論上の粒子と共存する可能性があることを明らかにしています。
このモデルは、暗黒物質粒子の質量が 5 次元の形状によって規定されるとおりに正確に整列するときに発生する「暗黒物質共鳴」の概念を導入しています。この整列現象は、正しい周波数で振動する楽器に例えられます。粒子質量の微調整が必要だった以前のモデルとは異なり、共鳴は余剰次元の数学的枠組みから自然に生じるため、シェフィールドのチームは自分たちの理論ではそのような調整は必要ないと主張している。
研究者らは、この共鳴が、宇宙史の特定の時期、特に初期宇宙における暗黒物質の相互作用を強化すると同時に、現在のほぼ不活性な状態を説明していると説明している。この研究を主導したYu-Dai Tsai博士は、「これまでの多くの共鳴暗黒物質モデルは、共鳴を仮定として扱ってきた。今回の研究は、その共鳴のより深い起源の可能性を示している。共鳴は隠れた次元の幾何学構造から直接生じている可能性がある。」と述べた。
この理論的枠組みは、基礎物理学における 2 つの重要な課題、つまり暗黒物質の性質と余分な空間次元の存在の可能性を結びつけます。その結果、この理論は物理学者に将来の研究に役立つ可能性のある新しい実験的予測を提供します。 「私たちの研究は、基礎物理学における2つの最大のアイデアを結びつけながら、物理学者に暗黒物質探索における新たな目標を明確にします」と蔡氏は付け加えた。
この論文は異次元モデルの質量共鳴構造に関する初期の研究に基づいており、2025年初頭にプレプリントとして初めて掲載された。シェフィールド大学は暗黒物質研究の中心人物としての地位を確立しており、以前は暗黒物質とニュートリノの相互作用について『Nature Astronomy』誌に発表していた。
