Фізики провели масштабні пошуки темної матерії, перетворивши усю Землю на велетенський науковий прилад. Експеримент зафіксував десятки потенційних сигналів, які відповідають теоретичним моделям певних гіпотетичних частинок. Хоча ці дані ще потребують суворої перевірки й можуть мати інші пояснення, методику вже називають інноваційним кроком у розв’язанні однієї з головних космологічних загадок.
Сьогодні існує чимало доказів того, що Всесвіт містить значно більше речовини, ніж ми бачимо. Моделі руху видимої матерії не збігаються з реальністю, що змушує вчених припускати наявність невидимої маси — темної матерії. Вона не випромінює і не відбиває світло, тому проявляє себе лише через гравітацію.
Пошук аксіонів у природному резонаторі
Одним із найімовірніших кандидатів на роль складників темної матерії є аксіон — частинка, гіпотетично передбачена ще в 1970-х роках. На відміну від багатьох інших кандидатів, аксіони мають взаємодіяти з електромагнітною силою і розпадатися на фотони у сильних магнітних полях. Зазвичай їх шукають поблизу нейтронних зірок або наднових, проте група японських дослідників запропонувала шукати їх безпосередньо на Землі.
Як пояснив соавтор дослідження, фізик-теоретик Ацуші Таруя, порожнина між поверхнею Землі та іоносферою працює як природний резонатор. Вона підсилює електромагнітні хвилі саме в тому діапазоні мас, який характерний для аксіонів.
Для перевірки гіпотези вчені проаналізували дані про геомагнітне поле, зібрані Британською геологічною службою у період з 2012 по 2022 рік. Пройшовши крізь планету, аксіони мали б викликати резонанс і згенерувати електромагнітні хвилі відповідної частоти. Після фільтрації фонового шуму науковці виявили 65 потенційних сигналів, 25 з яких збереглися навіть після застосування найсуворіших статистичних критеріїв.
Альтернатива: темні фотони
Ця ж методика підходить для пошуку іншого кандидата — темного фотона, який вважається носієм сили у сферах поза межами Стандартної моделі. На відміну від звичайного фотона, темний фотон може мати масу та взаємодіяти з магнітними полями. Застосувавши свій метод до тих самих даних, команда виявила від 31 до 342 потенційних сигналів.
Головна складність полягає в тому, що наявні дані не дозволяють чітко розрізнити сигнали аксіонів та темних фотонів. Втім, фізичні моделі підказують спосіб їх розділення. Генерація сигналів аксіонів прямо залежить від напруженості магнітного поля Землі: вони мають бути найсильнішими в районі Південно-Східної Азії та слабшати поблизу полюсів. Натомість сигнал від темних фотонів буде однаковим у будь-якій точці планети.
Оскільки первинні дані знімалися лише однією обсерваторією у Великій Британії, підтвердити географічну варіативність поки неможливо. Для остаточних висновків потрібні подальші спостереження мережі обсерваторій по всій планеті.
Серія праць про аксіони опублікована в журналі Progress of Theoretical and Experimental Physics, а результати дослідження темних фотонів представлені в Physical Review D.
Раніше ми розповідали про те, як темна матерія може бути замороженим світлом.
За матеріалами sciencealert.com
