Ученые предложили использовать для поиска темной материи достаточно простой детектор радиоволн. Его идея заключается в том, что аксионы, из которых она, предположительно, состоит, образуют квазичастицы, и каждая из них имеет свою частоту излучения, которую можно уловить.
В поисках темной материи
В статье, опубликованной в журнале Nature, ученые из Королевского колледжа Лондона, Гарвардского университета, Университета Беркли и других учреждений поделились идеей относительно того, как, по их мнению, можно достаточно просто обнаружить темную материю.
Темная материя — это ненаблюдаемая форма материи, которая может составлять до 85% массы Вселенной, но ученые не уверены, что именно она собой представляет.
Аксионы являются одними из главных кандидатов на роль темной материи. Эти крошечные, слабо взаимодействующие частицы, ответственны за гравитационные эффекты в космосе, которые пока невозможно объяснить.
Считается, что аксионы имеют частоту, подобную волне, но ученые не знают, где именно в электромагнитном спектре ее искать, хотя считается, что эти частицы колеблются от килогерц — частоты, которую может слышать человек — до очень высокой частоты — терагерц.
«Космическое радио» для поиска аксионов
В последнем исследовании ученые объясняют, как детектор, который они называют космическим автомобильным радио, может оповещать, когда он находит частоту аксиона. Команда считает, что эта квазичастица, известная как аксионная квазичастица (AQ), может помочь открыть темную материю в течение 15 лет.
AQ сконструирован таким образом, что его частота может передаваться в космос, и эта частота может совпадать с аксионом. Когда он идентифицирует и «настраивается» на эту частоту, он излучает очень малое количество света. AQ работает на самых высоких терагерцовых частотах, которые многие исследователи считают наиболее перспективным местом для поиска аксионов.
Соавтор исследования доктор Дэвид Марш, научный сотрудник Эрнеста Резерфорда в Королевском колледже Лондона, сказал: «Теперь мы можем построить детектор темной материи, который, по сути, является космическим радио, настраивающимся на частоты более широкой галактики, пока не найдем аксион. Мы уже имеем технологию, теперь это лишь вопрос масштаба и времени».
Материал для создания квазичастиц
Команда считает, что, создав гораздо больший кусок AQ-материала, они смогут создать функционирующий детектор за пять лет. После этого, по их оценкам, понадобится еще десять лет сканирования спектра высоких частот, где, как считается, скрывается темная материя, прежде чем они ее найдут.
Для создания квазичастиц исследователи использовали теллурид марганца-висмута (MnBi₂Te₄), материал, известный своими уникальными электронными и магнитными свойствами. Он был разрезан на несколько двумерных слоев материала, наложенных друг на друга.
Разрабатывая материал в течение последних шести лет в лаборатории, Цзянь-Сян Цю, ведущий автор из Гарвардского университета, сказал: «Поскольку MnBi₂Te₄ очень чувствителен к воздуху, нам нужно было расслоить его до нескольких атомных слоев, чтобы точно настроить его свойства. Это означает, что мы увидим эту интересную физику и как она взаимодействует с другими квантовыми объектами, такими, как аксион».
По материалам phys.org
