Российские учёные изучили способность гипотетически существующих крупинок тёмной материи — зеркальных микрометеоритов — вызывать мутации ДНК, приводящие к раковым заболеваниям.
В 2012 году учёные из Университета Мичигана опубликовали исследование, в котором в качестве частицы тёмной материи рассматривали вимп (WIMP - гипотетически существующую массивную частицу, подверженную слабым взаимодействиям) и его столкновения с ядрами атомов в теле человека. Учёные проводили расчёты, исходя из возможных характеристик вимпов, взяв за "мишень" тело массой 70 килограммов, состоящее в основном из атомов кислорода, водорода, углерода и азота.
Выяснилось, 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 американских исследователей подчеркивается, что такое взаимодействие в целом безопасно для человека, поскольку при столкновениях выделяется сравнительно небольшое количество энергии (около десяти кЭв).
Учёные из Новосибирского государственного университета (НГУ) и французской Политехнической школы (École Polytechnique) решили посмотреть на вопрос вероятности и последствий столкновения частиц тёмной материи с организмом с другой стороны и исследовали весьма экзотический случай — взаимодействие зеркальных микрометеоритов с ДНК (зеркальные метеориты — скопления так называемых зеркальных частиц).
Теория существования зеркальной материи появилась в середине XX-го века. Физики Цзундао Ли и Чженьнин Янг выяснили, что при слабых взаимодействиях между частицами нарушается пространственная чётность (Р).
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-чётности 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 чётность — произведение зарядовой и пространственной чётностей). Но эксперименты показали, что CP-четность тоже не сохраняется. Тогда советские физики, развивая идеи Ландау, вернулись к гипотезе Ли и Янга о зеркальных частицах и усовершенствовали её.
"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", — говорит доцент физического факультета НГУ Зураб Силагадзе.
По его словам, 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 Силагадзе.
По сути, зеркальная материя является одной из возможных форм тёмной материи. Теория предполагает, что зеркальные частицы взаимодействуют с материей путём гравитационных сил, а также смешивания фотонов. Правда, вероятность смешивания "наших фотонов", переносчиков электромагнитного взаимодействия, и зеркальных фотонов очень невелика.
По словам Силагадзе, выводы, представленные в статье, "работают" при трёх 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). Согласно оценкам, через атмосферу проходит не более 300 килограммов зеркальных микрометеоритов в год.
Физики из НГУ рассчитали, что даже при низкой вероятности смешивания один зеркальный микрометеорит при встрече с ДНК организма способен привести в возбуждённое состояние порядка 100 нуклеотидов — этого достаточно, чтобы связи в цепочке ДНК разорвались и возникли множественные мутации. То есть для вытеснения атомов органических молекул зеркальными микрометеоритами в связях ДНК достаточно очень малого количества энергии.
В статье также отмечается, что есть доказательства того, что злокачественные клетки в опухолях содержат тысячи случайных мутаций, и объяснить это можно тем, что механизмы восстановления участков ДНК также были повреждены. Возможно, зеркальные микрометеориты — гораздо более опасные канцерогены, чем другие природные источники излучения.
Однако отмечает Силагадзе, людям не стоит опасаться бомбардировок зеркальными микрометеоритами — похоже, организм оказывается сильнее этого: "Результаты проведённых нами расчётов 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".
Авторы указывают, что множественные одновременные мутации могут быть полезны — приводить к эволюционному "скачку". Так что, возможно, в будущем будет доказана важная роль зеркальной материи в редких эволюционных событиях. При условии, что будет доказано, что она действительно существует.
Научная статья российских и французских исследователей опубликована в журнале Physics Letters B.
