МОСКВА, 3 июл – РИА Новости. Первые попытки найти следы аксионов, сверхлегких частиц темной материи, завершились неудачно, заявили ученые, проводившие эксперимент на установке ADMX. Об этом сообщает Space.com.
Звездный "кукловод"
Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.
Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".
Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и "холодных" частиц-"вимпов", никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.
Безуспешные поиски "вимпов" в последние два десятилетия заставили многих теоретиков считать, что темная материя на самом деле может быть "легкой и пушистой" и состоять из так называемых аксионов – сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино.
Зонненшайн и его коллеги уже несколько лет работают над созданием детектора ADMX – установки, способной находить следы аксионов при помощи особой структуры, похожей по принципам работы на радиоантенну или мифическую "лозу" для поисков воды под землей.
Звон пустоты
Как объясняет ученый, теория указывает на то, что аксионы должны вырабатывать особые колебания, если они находятся в емкости с очень сильным постоянным магнитным полем. Эти колебания можно обнаружить, "подстроив" под них резонатор – они усилят вырабатываемые им порции микроволн, что выдаст следы присутствия частиц темной материи.
Проблема заключается в том, что работе подобных "лоз" для темной материи очень сильно мешает фоновый шум. До настоящего времени у ученых не получалось понизить его до таких значений, которые позволяли бы отличить следы темную материю от случайных всплесков излучения.
Участникам проекта ADMX удалось решить эти проблемы при помощи двух новаций – мощнейших магнитов и особых усилителей сигнала, так называемых SQUID-ов – сверхчувствительных датчиков магнитного поля, собранных из кусочков сверхпроводников.
Если вставить антенну и такой датчик внутрь магнита и охладить их до абсолютного нуля, то SQUID начнет "пищать" и выдавать сигналы только в том случае, если он будет взаимодействовать с аксионами. Руководствуясь этой простой идеей, ученые попытались найти следы темной материи в диапазоне частот между 640 и 680 мегагерц.
К большому разочарованию физиков, им не удалось найти никаких следов темной материи за примерно полгода наблюдений, которые велись в этом диапазоне с января по июль 2017 года. Тем не менее, отсутствие результатов тоже стало хорошей новостью для ученых, так как им удалось достичь требуемой чувствительности и доказать, что ADMX подходит для поисков следов аксионов.
В ближайшие три года Зонненшайн и его коллеги изучат более высокие частоты, от гигагерца и примерно до 10 ГГц, где, как они предполагают, и должны скрываться аксионы. Уровень шума, по словам ученых, будет постепенно расти по мере увеличения частоты, однако они надеются найти аксионы до того, как такие поиски станут невозможными.