Physiker der University of Sheffield und der Indiana University schlagen eine neue Theorie vor, die Dunkle Materie mit einer verborgenen fünften Dimension verknüpft, und legen nahe, dass ihre schwer fassbare Natur auf die Geometrie dieser zusätzlichen Dimension zurückzuführen sein könnte. Die in Physical Review D veröffentlichte Studie zeigt, dass dunkle Materie in dieser verborgenen Dimension möglicherweise mit einem theoretischen Teilchen namens dunklem Photon koexistiert.
Dieses Modell führt das Konzept der „Dark-Materie-Resonanz“ ein, die auftritt, wenn sich die Masse der Dunkle-Materie-Partikel genau so ausrichtet, wie es durch die Form der fünften Dimension vorgegeben wird. Dieses Ausrichtungsphänomen wird mit einem Musikinstrument verglichen, das mit der richtigen Frequenz vibriert. Im Gegensatz zu früheren Modellen, die eine Feinabstimmung der Partikelmassen erforderten, behauptet das Sheffield-Team, dass ihre Theorie solche Anpassungen nicht erfordert, da die Resonanz auf natürliche Weise aus dem mathematischen Rahmen der zusätzlichen Dimension entsteht.
Die Forscher erklären, dass diese Resonanz die Wechselwirkungen der Dunklen Materie in bestimmten Epochen der kosmischen Geschichte, insbesondere im frühen Universum, verstärken kann, während sie gleichzeitig für ihren gegenwärtigen nahezu inerten Zustand verantwortlich ist. Dr. Yu-Dai Tsai, der die Studie leitete, erklärte: „Viele frühere Modelle der resonanten Dunklen Materie haben die Resonanz als Annahme betrachtet. Diese Arbeit liefert einen möglichen tieferen Ursprung dafür: Die Resonanz könnte direkt aus der Geometrie verborgener Dimensionen stammen.“
Dieser theoretische Rahmen verbindet zwei bedeutende Herausforderungen der Grundlagenphysik: die Natur der Dunklen Materie und die mögliche Existenz zusätzlicher räumlicher Dimensionen. Dadurch liefert die Theorie den Physikern neue experimentelle Vorhersagen, die künftige Forschung unterstützen könnten. „Unsere Forschung gibt Physikern klare neue Ziele bei der Suche nach Dunkler Materie und verbindet gleichzeitig zwei der größten Ideen der Grundlagenphysik“, fügte Tsai hinzu.
Das Papier baut auf früheren Studien zu Massenresonanzstrukturen in extradimensionalen Modellen auf und wurde erstmals Anfang 2025 als Vorabdruck veröffentlicht. Die University of Sheffield hat sich als wichtiger Akteur in der Erforschung dunkler Materie etabliert und veröffentlichte zuvor in Nature Astronomy über Wechselwirkungen zwischen dunkler Materie und Neutrinos.
