Может ли тёмная материя влиять на возникновение раковых заболеваний

Скопления частиц тёмной материи – так называемые зеркальные микрометеориты – теоретически способны вызывать мутации в нашей ДНК.

Теория существования зеркальной материи появилась в середине 20-го века. Физики Цзундао Ли и Чженьнин Янг выяснили, что при слабых взаимодействиях между частицами нарушается пространственная четность. Под пространственной четностью (P) понимают свойство какой-либо величины менять или не менять знак при инверсии пространственных координат.

Пространственная четность сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях и не сохраняется в слабых взаимодействиях. Согласно гипотезе, выдвинутой физиками, если бы для каждой элементарной частицы, существующей в «нашем» мире, существовала своя зеркальная частица, это объясняло бы нарушение «симметрии между правым и левым». За исследование нарушения P-четности Ли и Янг получили Нобелевскую премию в 1957 году.

Спустя некоторое время советский физик Лев Ландау предположил, что симметрию между правым и левым, нарушение которой наблюдается в слабых взаимодействиях, можно восстановить без зеркальных частиц, если сохраняется CP-четность (комбинированная четность — произведение зарядовой и пространственной четностей). Но эксперименты показали, что CP-четность тоже не сохраняется. Тогда советские физики Игорь Кобзарев, Лев Окунь и Исаак Померанчук, развивая идеи Ландау, вернулись к гипотезе Ли и Янга о зеркальных частицах и усовершенствовали ее. Термины «зеркальные частицы» и «зеркальное вещество» впервые были введены именно в их работе.

По сути зеркальная материя является одной из возможных форм тёмной материи. Теория предполагает, что зеркальные частицы взаимодействуют с материей путем гравитации, а также смешивания фотонов. Правда, вероятность смешивания «наших фотонов», переносчиков электромагнитного взаимодействия, и зеркальных фотонов очень невелика. В результате этого смешивания зеркальные электроны и протоны приобретают обычный электрический заряд — порядка 10-9 от их зеркальных электрических зарядов.

«Количество вещества во Вселенной больше, чем мы наблюдаем. В существовании тёмной материи уже, наверное, никто не сомневается, другое дело, что кандидаты на место частиц темной материи пока не зарегистрированы. Зеркальная материя – это как бы зеркальный «аналог» электронов, протонов, фотонов, благодаря которым можно было бы объяснить нарушение симметрии между левым и правым на микроскопическом уровне. Например, у нейтрино есть только левое состояние, в случае существования зеркальной материи ему бы соответствовало не антинейтрино с правым состоянием, а правое «зеркальное» нейтрино, и симметрия бы сохранялась», – объясняет доцент физического факультета Новосибирского государственного университета Зураб Силагадзе.

В 2012 году в журнале Physics Letters B вышла статья Кэтрин Фриз (Katherine Freese) из Центра теоретической физики университета Мичигана и Кристофера Саваджа (Christopher Savage) из Стокгольмского университета, в которой они в качестве частицы-кандидата тёмной материи рассматривают вимп (гипотетически существующую массивную частицу, подверженную слабым взаимодействиям) и его столкновения с ядрами атомов в теле человека. Исследователи проводили расчеты, исходя из известных характеристик вимпов, взяв за мишень тело массой 70 кг, состоящее в основном из атомов кислорода, водорода, углерода и азота. Расчеты показали, что наиболее вероятно частицы тёмной материи будут сталкиваться с ядрами кислорода и водорода, и количество столкновений может достигать 100 тысяч в год. Однако в работе подчеркивается, что такое взаимодействие в целом безопасно для человека, в частности, потому что при столкновениях выделяется сравнительно небольшое количество энергии (около 10 кЭв).

Зураб Силагадза и выпускница НГУ Ольга Чащина, которая сейчас работает в Политехнической школе в Париже, решили посмотреть на вопрос вероятности и последствий столкновения частиц тёмной материи с организмом с другой стороны и исследовали весьма экзотический случай – взаимодействие скоплений зеркальных частиц (зеркальных микрометеоритов) с ДНК.

Человеческая ДНК содержит порядка 1011 ядер. Для вытеснения атомов органических молекул микрометеоритами в связях ДНК достаточно очень малого количества энергии, всего в 0,1–10 эВ. По расчётам физиков, даже при низкой вероятности смешивания один зеркальный микрометеорит при встрече с ДНК способен при потере своей энергии привести в возбужденное состояние порядка 100 нуклеотидов. Этого достаточно, чтобы связи в цепочке ДНК разорвались и возникли множественные мутации.

Полностью результаты опубликованы в новом номере Physics Letters B. По словам Зураба Силагадзе, выводы, представленные в статье, выполняются при трех условиях: если существует зеркальная материя; если есть смешивание между зеркальным фотоном и обычным фотоном; если зеркальная пыль находится в околоземном пространстве (скорость зеркальных микрометеоритов при прохождении сквозь земную атмосферу практически не претерпевает изменений и составляет 11–70 км/с). Согласно оценкам, через атмосферу проходит не более 300 кг зеркальных микрометеоритов в год.

Известно, что злокачественные клетки в опухолях содержат тысячи случайных мутаций, возникающие из-за повреждения механизмов восстановления участков ДНК. Возможно, зеркальные микрометеориты – гораздо более опасные канцерогены, чем другие природные источники излучения.

Однако, отмечает Зураб Силагадзе, людям не стоит опасаться бомбардировок зеркальными микрометеоритами – похоже, организм оказывается сильнее этого. По его словам, «результаты проведенных нами расчетов необязательно означают, что столкновение микрометеоритов с человеком приводит к раку. Мутации происходят непрерывно, и у организмов есть защита, распознающая поврежденные клетки и восстанавливающая их. Если жизнь на Земле существует уже миллиарды лет, значит, эта защита работает».

С другой стороны, авторы указывают, что множественные одновременные мутаций могут приводить к эволюционному «скачку», так что, возможно, в будущем будет доказана важная роль зеркальной материи в редких эволюционных событиях – если окажется, что зеркальная материя действительно существует.

По материалам Пресс-службы Новосибирского государственного университета