Астрофизика

Новый способ «услышать» темную материю

Физики из Стокгольмского университета и Института физики Макса Планка обратились к плазме, предложив революцию в поиске неуловимой темной материи.

Исследователи предлагают новый инструмент для поиска аксионов темной материи с помощью перестраиваемой плазмы. Предоставлено: Стокгольмский университет

Приблизительно 85 процентов массы, известной вселенной, отсутствует. Известный как темная материя, этот материал невидим, однако он проявляет себя через очень слабые взаимодействия с обычной материей, и физики гонялись за ней довольно долгое время. Теоретические частицы, называемые аксионами, являются давним кандидатом в темную материю.

Аксион, вероятно, является лучшим объяснением темной материи, однако, он только недавно был центром крупномасштабных экспериментальных усилий. В настоящее время существует стремление предложить новые идеи для обнаружения аксиона во всех областях, где он может прятаться.

Теперь физики из Стокгольмского университета и Института физики Макса Планка обратились к плазме, предложив революцию в поиске неуловимой темной материи.

Доктор Александр Миллар на физическом факультете Стокгольмского университета и автор исследования сказал: “Поиск Аксиона немного напоминает настройку радио: вы должны настроить свою антенну, пока не наберете правильную частоту. Вместо музыки экспериментаторы были бы вознаграждены ‘слышанием " темной материи, через которую проходит Земля. Несмотря на то, что они хорошо мотивированы, аксионами экспериментально пренебрегали в течение трех десятилетий с тех пор, как они были названы соавтором Фрэнком Вильчеком.”

Ключевое понимание исследования состоит в том, что в магнитном поле аксионы будут генерировать небольшое электрическое поле, которое можно использовать для возбуждения колебаний в плазме.

В плазме заряженные частицы, такие как электроны, могут свободно течь как жидкость. Эти колебания усиливают сигнал, приводя к лучшему «аксионному радио». В отличие от традиционных экспериментов, основанных на резонансных полостях, практически нет предела тому, насколько большой может быть эта плазма, тем самым обеспечивая больший сигнал. Разница в чем-то похожа на разницу между рацией и радиопередачей.

Доктор Мэтью Лоусон, доктор медицинских наук на факультете физики Стокгольмского университета, сказал : "Без холодной плазмы аксионы не могут эффективно превращаться в свет. Плазма играет двойную роль, создавая среду, которая обеспечивает эффективное преобразование, и предоставляя резонансный плазмон для сбора энергии преобразованной темной материи.”

“Это совершенно новый способ поиска темной материи, и он поможет нам найти одного из самых сильных кандидатов темной материи в областях, которые просто полностью не исследованы. Создание перестраиваемой плазмы позволило бы нам проводить гораздо большие эксперименты, чем традиционные методы, давая гораздо более сильные сигналы на высоких частотах.”

Для настройки этого аксионного радио ученые использовали проволочный метаматериал, систему проволок, тоньше, чем волосы, которые можно перемещать для изменения характерной частоты плазмы. Внутри большого и мощного магнита, подобного тем, которые используются в машинах магнитно-резонансной томографии в больницах, проволочный метаматериал превращается в очень чувствительное аксионное радио.

В сотрудничестве с экспериментальной группой в Беркли ученые проводят исследования этой концепции с целью проведения такого эксперимента в ближайшем будущем.

Александр Миллар сказал: "Плазменные галоскопы - одна из немногих идей для поиска аксионов в этом пространстве параметров. Тот факт, что экспериментальное сообщество так быстро ухватилось за эту идею, очень интересен и перспективен для создания полномасштабного эксперимента."

Читайте Новая Наука в
Back to top button