Тёмная материя — гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. С одной стороны, она составляет порядка четверти массы-энергии Вселенной, а с другой – никто до сих пор не смог её напрямую обнаружить, в частности потому, что непонятно, что это за субстанция и из чего она состоит.
Специалист по физике астрочастиц Кристофер Таннелл из Университета Райса в Хьюстоне придумал альтернативный способ обнаружения сверхлёгкой тёмной материи, подправив экспериментальную установку, изначально предназначенную для точного измерения силы гравитации. В этом методе используется магнит, плавающий в камере из сверхпроводящего материала. Когда сверхпроводники охлаждаются настолько, что переходят в состояние, в котором они могут проводить электричество без сопротивления, начинает работать эффект Мейсснера: они начинают выталкивать из себя магнитные поля. Благодаря этому можно соорудить установку, в которой магнит будет «плавать» в центре камеры, отталкиваясь от всех её стенок.
Таннелл и его команда исследователей предсказали, что подобный эксперимент может позволить обнаружить тёмную материю из-за её квантовой природы, из-за чего она ведёт себя и как частица, и как волна. Тёмная материя может взаимодействовать с барионной (обычной) материей только посредством гравитации. Если тёмная материя приблизится к левитирующему магниту — независимо от того, ведёт ли она себя как частица, блуждающая вокруг, или как волна, проходящая сквозь него, — сила гравитации, которую она оказывает, должна дать магниту небольшой импульс. Если эта гравитация от невидимого нам источника провзаимодействует с магнитом, прибор SQUID (Superconducting Quantum Interference Device, сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство), позволит обнаружить любые сдвиги магнитного поля, которые могут произойти в этом случае.
«Мы обнаружим движение частицы [тёмной материи] с помощью сверхпроводящей петли в верхней части ловушки», — пишет Таннелл в исследовании, недавно опубликованном в журнале Physical Review.