Напомним что в свое время для объяснения некоторых явлений, касающихся гравитационных эффектов от массивных астрономических объектов, учеными было предложено понятие темной материи. В настоящее время, несмотря на многочисленные попытки, эта таинственная субстанция еще не обнаружена и совершенно не изучена. Согласно одной из теорий, частицами темной материи могут быть частицы, называемые аксионами (axion), и недавно ученые сделали выводы, что эти частицы могут быть обнаружены во время экспериментов, в которых используются лазеры, точно такие же лазеры, на которых основана работа существующих датчиков гравитационных волн.
В настоящее время существует множество теорий касательно темной материи. Одна из таких теорий говорит о том, что частицами темной материи могут быть массивные частицы, слабо взаимодействующие с другими частицами (weakly interacting massive particle, WIMP). Это означает, что такие частицы очень слабо взаимодействуют с обычной материей, и их очень тяжело обнаружить, несмотря на достаточно сильное их гравитационное проявление. Учеными были приложены огромные усилия, направленные на обнаружение WIMP, включая эксперименты на Большом Адронном Коллайдере. Все эти усилия не принесли положительных результатов и ученые обратили пристальное внимание на других кандидатов, аксионы, в частности.
"Мы предполагаем, что аксионы очень легки и, поэтому, они практически не взаимодействуют с обычной материей. Поэтому мы и рассматриваем их сейчас в качестве основных кандидатов на темную материю" - рассказывает Юта Мичимура (Yuta Michimura), профессор физики из Токийского университета, - "Нам пока неизвестно значение массы аксиона, но мы считаем, что она значительно меньше массы электрона. Наша Вселенная заполнена темной материей и считается, что в объеме Земли она находится в количестве всего 500 граммов".
Ученые создали математические модели аксионной темной материи, одним из проявлений которой может быть специфическая поляризационная модуляция света. Уровень этой модуляции может быть увеличен, если свет, заключенный в полости оптического резонатора, будет многократно отражаться от системы параллельных зеркал. И сейчас, длинные рукава туннелей гравитационных обсерваторий как раз и являются подобными оптическими резонаторами.
Отметим, что исследования, связанные с поисками темной материи, уже некоторое время не являются приоритетным и хорошо финансируемым направлением науки. Поэтому методы обнаружения аксионов, в которых используются сильнейшие магнитные поля и которые очень дороги в реализации, вряд ли будут использоваться в ближайшем времени. Зато исследователи полагают, что оборудование существующих гравитационных обсерваторий, таких, как Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), США, Virgo, Италия, и KAGRA, Япония, может быть легко доработано с целью поиска аксионов без ущерба их основным функциям.
"Для этого нам потребуется всего лишь установить немного дополнительной оптики и поляризационные датчики в концах туннелей гравитационных обсерваторий" - рассказывает Юта Мичимура, - "И мы надеемся, что в скором времени нам удастся модернизировать оптическую систему нашего датчика KAGRA".
Эта идея может быть принятой из-за того, что модернизация ни как не затронет чувствительность датчиков гравитационных волн. Но предложенный метод "охоты" на аксионы будет намного более точным, чем методы, которые использовались ранее и которые не принесли положительных результатов.
"Есть достаточно убедительные астрофизические и космологические доказательства существования темной материи. Но ответ на вопрос "Что же действительно представляет собой темная материя?", является одной из самых больших неразрешенных загадок современной физики" - пишут исследователи, - "Если нам удастся обнаружить аксионы и доказать, что они являются частицами темной материи, это само по себе станет решением многих фундаментальных проблем и откроет дорогу к решению еще большего количества других подобных проблем".