Несмотря на многочисленные эксперименты, зафиксировать частицы темной материи до сих пор не удалось. Группа ученых, представляющих НИЯУ МИФИ, Южный федеральный университет (ЮФУ), Университет Тор Вергата (Италия) и Национальный институт ядерной физики Италии (INFN), предложили альтернативный подход к решению этой проблемы. Вместо поиска одной универсальной частицы они разработали концепцию «темной химии» и существования «темных атомов».

Согласно предлагаемой модели, темная материя состоит не из отдельных частиц, а из нейтральных «темных атомов». Эти атомы образуются в результате связи сверхтяжелой частицы (условно обозначенной X) с ядрами гелия. Исследователи отмечают, что в отличие от поиска гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), их гипотеза предполагает лишь одно ключевое отклонение от известной физики — существование стабильных многозарядных составляющих.

В рамках этой модели тяжелая частица Х компенсирует заряд ядра гелия, создавая устойчивую нейтральную структуру, напоминающую по принципу действия атом Томсона, где частица находится внутри ядра. Ученые объясняют, что предпочтение гелию, а не более распространенному водороду, связано с физическими условиями ранней Вселенной: из-за высокой температуры на стадии первичного нуклеосинтеза более легкие связи с водородом были нестабильны, и все частицы Х успели связаться именно с гелием.

Предложенная модель также пытается объяснить противоречия в данных экспериментов по поиску темной материи. Например, многолетние наблюдения детектора DAMA/LIBRA фиксируют сезонные колебания сигнала, в то время как более современные установки (такие как XENONnT) не обнаруживают ничего. Согласно расчетам российских ученых, это может быть связано со свойствами «темных атомов»: они способны прилипать к ядрам натрия (как в DAMA/LIBRA) с выделением энергии в регистрируемом диапазоне, но ведут себя иначе при взаимодействии с ксеноном (в XENONnT), где выделяемая энергия оказывается выше порога и воспринимается как обычный фон.

Авторы работы подчеркивают, что концепция «темной химии» не является фантастическим допущением, а основана на квантово-механических расчетах. По их мнению, ключевым экспериментальным подтверждением или опровержением гипотезы может стать поиск многозарядных стабильных частиц на Большом адронном коллайдере, что также имеет значение для развития ядерных технологий.