По мнению авторов нового исследования, новый метод может вскоре помочь разгадать тайну темной материи. Об этом многообещающем событии в поисках ответов на один из самых больших нерешенных вопросов современной астрономии сообщается в новом исследовании ученых из Королевского колледжа Лондона, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Беркли и других институтов, раскрывающем новый метод обнаружения гипотетических частиц, известных как аксионы.
Используя материал, способный излучать свет при «настройке» на нужную частоту, исследователи полагают, что вскоре может быть создан самый точный детектор темной материи в истории.
Темная материя представляет собой одну из величайших загадок современной астрофизики. Существование этой невидимой материи предполагается на основании ее влияния на видимую материю и свет. На основании таких наблюдений считается, что на темную материю приходится большая массы нашей Вселенной. Несмотря на ее повсеместное распространение, истинная природа этой загадочной несветящейся материи остается неизвестной. Среди наиболее перспективных современных направлений исследований, стремящихся разрешить эту загадку, — изучение аксионов — очень легких, но слабо взаимодействующих частиц, которые во многом ведут себя подобно электромагнитным волнам.
«Теперь мы можем построить детектор темной материи, который, по сути, является космическим автомобильным радиоприемником, настраивающимся на частоты обширной галактики, пока мы не найдем аксион», — говорит доктор Дэвид Марш, соавтор работы и научный сотрудник Эрнеста Резерфорда в Королевском колледже Лондона. «У нас уже есть технология», — добавил он. «Теперь это просто вопрос масштаба и времени».
Настройка на частоту темной материи В новом исследовании Марш и его команда представили новый детектор, построенный на основе так называемой аксионной квазичастицы (AQ), которая описывает материальную структуру, способную излучать очень малое количество света, но только когда ее частота совпадает с частотой аксиона. По сути, детектор, разработанный командой, работает в самых высоких диапазонах терагерцового спектра, где, по мнению многих теоретиков, наиболее вероятно нахождение аксионов. Используя теллурид марганца-висмута (MnBi₂Te₄), квантовый материал с уникальными магнитными и электронными свойствами, команда смогла успешно сконструировать AQ. Поскольку это соединение очень чувствительно к воздуху, команда наслоила его до нескольких атомных листов, чтобы точно настроить его свойства.
«Это означает, что мы сможем увидеть интересную физику и посмотреть, как она взаимодействует с другими квантовыми сущностями, такими как аксион», — говорит Цзянь-Сян Цю, ведущий автор из Гарвардского университета. Сочетая двумерное электронное устройство и то, что команда называет сверхбыстрой оптикой с зондом накачки, они сообщают о наблюдении когерентного колебания, «которое уникальным образом индуцируется его внефазным антиферромагнитным магноном». «Это является прямым доказательством присутствия [динамической квазичастицы аксиона]», — пишет команда в новом исследовании, подробно описывающем их работу.
В дальнейшем Марш и его коллеги надеются расширить масштабы своего нового детектора AQ, и этот процесс, вероятно, займет около пяти лет. Расширенные сроки разгадки тайны Однако может потребоваться еще десять лет или даже больше сканирования терагерцовых частот, прежде чем будет обнаружен какой-либо потенциальный сигнал аксиона. Несмотря на то, что дальше процесс может оказаться долгим и утомительным, Марш и его команда не перестают радоваться перспективам своего нового метода обнаружения и тому, что в конечном итоге обнаружение темной материи может означать для расширения нашего понимания космоса.
«Это действительно захватывающее время для исследователей темной материи», — сказал Марш, подтвердив убежденность своей команды в том, что исследования аксионов предлагают многообещающий путь к решению загадки темной материи. «Мы приближаемся к аксиону - и быстро», — говорит он.