Темные фотоны: физики добились важных результатов при поиске частиц неуловимой материи

Фото: Getty Images

Пока что астрономы и физики не обнаружили напрямую темную материю, которая значительно превосходит по количеству обычную материю и влияет на движение звезд и галактик. Недавно физики Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми начали поиск сверхлегких частиц темной материи, включая темные фотоны и аксионы, которые могут иметь значительно меньшую массу, чем предполагается. Хотя первоначальные эксперименты не обнаружили темных фотонов в заданном диапазоне частот, физики планируют исследовать более широкий диапазон масс, продолжая поиск неуловимых частиц темной материи, пишет Big Think.

Неуловимая темная материя

Ученые считают, что движением звезд и галактик управляет неуловимая темная материя, которой примерно в 6 раз больше, чем обычной материи. Но прямых доказательств ее существования пока не обнаружено. В последние годы некоторые физики придерживаются идеи, что темная материя состоит из стабильных частиц с массой где-то между массой протона и в несколько тысяч раз большей. Но группа физиков из Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми исследовала совсем другой диапазон масс. Эти ученые искали частицы темной материи, которые в триллионы или даже квадриллионы раз легче.

Темные фотоны и аксионы

Физики продолжают поиски сверхлегких частиц темной материи, в частности темные фотоны и аксионы, которые еще никогда не наблюдались.Считается, что темные фотоны могут взаимодействовать с частицами темной материи так же, как обычные фотоны взаимодействуют с обычной материей. Если они существуют, то фотоны темной материи не взаимодействовали бы напрямую с обычной материей, точно так же, как обычные фотоны не взаимодействуют с темной материей. Но согласно квантовой механике, темные фотоны могут превратиться в обычные фотоны, хотя это происходит очень редко.

Что касается аксионов, то здесь другая история. В принятой теории квантового мира слабое взаимодействие совершенно по-разному взаимодействует с материей и антиматерией. Нет причин предполагать, что сильное взаимодействие не может также по-разному относиться к материи и антиматерии. Экспериментальные данные убедительно показывают, что нет асимметрии в том, как сильное взаимодействие действует на материю и антиматерию. В качестве объяснения этого была предложена аксионная теория. Для понимания, сильное взаимодействие удерживает вместе ядра атомов, а слабое взаимодействие вызывает некоторые формы радиоактивности.

Новый метод обнаружения неуловимых частиц основан на аксионах, которые взаимодействуют с металлической стенкой детектора и излучают обычные фотоны. Когда обычные фотоны будут созданы, их можно будет обнаружить. Эти фотоны не обязательно представляют собой видимый свет, но могут иметь любую частоту электромагнитного спектра.

Полученные результаты

Физики недавно сообщили о первых результатах поиска темных фотонов путем поиска определенного класса микроволн. Ученые создали чувствительный детектор радиоволн и использовали его для сканирования диапазона от 10,7 до 12,5 ГГц. Если бы темные фотоны превращались в обычные фотоны в этом диапазоне частот, физики увидели бы скачок сигнала на определенной частоте.

Никакого сигнала не наблюдалось, но ученым удалось установить предел существования темных фотонов в диапазоне масс от 44 до 52 микроэлектронвольт, что намного ниже диапазона традиционных поисков темной материи.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform