Зеркальная тёмная материя: космология, структура галактик и прямое обнаружение

Простым способом описания тёмной материи является постулирование существования скрытого сектора — набора новых частиц и сил, взаимодействующих с известными частицами преимущественно посредством гравитации. В общем случае это приводит к большому числу неизвестных параметров. Однако если скрытый сектор представляет собой точную копию сектора Стандартной модели, возникает дополнительная симметрия. Эту симметрию можно интерпретировать как пространственно-временную чётность; она связывает каждую обычную частицу (e, ν, p, n, γ, …) с зеркальным партнёром (e′, ν′, p′, n′, γ′, …). Если эта симметрия полностью не нарушена, зеркальные частицы вырождены по массе с соответствующими обычными частицами и взаимодействуют между собой в соответствии с точно такой же динамикой, которая определяет взаимодействия обычных частиц. Единственным постулируемым новым взаимодействием является кинетическое смешивание фотона и зеркального фотона, сила которого, ϵ, представляет собой единственный новый фундаментальный лагранжев параметр, релевантный для астрофизики и космологии. Оказывается, что такая теория при подходящем выборе начальных условий, реализующихся в очень ранней Вселенной, может адекватно описывать явления, связанные с тёмной материей, при условии ϵ ~ 10⁻⁹. В этом обзоре рассматриваются три основных направления развития теории зеркальной тёмной материи за последнее десятилетие: космология ранней Вселенной, структура галактик и применение к экспериментам по прямому обнаружению.