Дослідники з Університету Райса (США) та Лейденського університету (Нідерланди) вперше використали метод магнітної левітації для пошуків темної матерії — загадкової субстанції, що становить близько 85 % усієї матерії у Всесвіті. Цей експеримент відкриває нові можливості для фундаментальної фізики. Результати дослідження опубліковані у виданні Physical Review Letters.
Темна матерія не світиться, не поглинає й не відбиває світло, тому побачити її напряму ми не можемо. Проте вона має масу і взаємодіє з навколишнім світом через гравітацію. Саме її гравітаційний вплив астрономи спостерігають у русі світил, формуванні галактик і навіть у прискоренні розширення Всесвіту. Розгадати природу темної матерії — це як знайти ключ до розуміння «прихованої» частини космосу, яка значною мірою визначає його поведінку.
Щоб зробити перший крок до цього, команда створила експеримент під назвою POLONAISE. У спеціальну камеру, охолоджену майже до абсолютного нуля, вони помістили мікроскопічний неодимовий магніт. Завдяки надпровідним властивостям матеріалів та ефекту Мейснера, магніт почав левітувати — буквально завис у повітрі без жодного фізичного контакту з поверхнею.
Такий «підвішений» магніт виявився надзвичайно чутливим до будь-яких зовнішніх впливів. Ідея полягала у тому, що якщо крізь нього пройде темна матерія, а саме її гіпотетичні векторні частинки, які передають так звані «темні» сили, відмінні від звичайних електромагнітних, — то це може викликати ледь помітний зсув або коливання, які прилад зможе зафіксувати.
Щоб зрозуміти, чому це важливо, варто трохи заглибитись у теорію. Згідно з одним із припущень, темна матерія може складатися з векторних частинок, які практично не взаємодіють зі звичайною матерією. Вони створюють крихітні сили, що проходять крізь усе — навіть крізь Землю. Такий собі «вітер темної матерії» може злегка штовхнути магніт, що левітує, — і це стане підказкою: щось невидиме усе-таки поруч.
І хоча дослідникам поки не вдалося виявити прямі сліди темної матерії, сам факт, що система здатна вловлювати мікроскопічні зміни, — це вже доказ того, що метод працює.
«Ми відкриваємо новий шлях до розгадки однієї з найбільших таємниць у фізиці, — зазначив Доріан Амарал, співкерівник проєкту. — Ці детектори чутливіші за оптичні чи електричні: вони не бояться теплового шуму і можуть вловлювати найслабші сигнали».
Цей експеримент доводить, що магнітна левітація може стати повноцінним інструментом у пошуках темної матерії, нарівні з великими науковими установками, як-от LIGO/Virgo чи KAGRA, які шукають гравітаційні хвилі. До того ж така установка компактна і потенційно дешевша у виробництві та використанні.
Хоча POLONAISE — це лише перший крок, його результати допомагають не лише звузити пошуки темної матерії, а й сигналізують про необхідність створення ще чутливіших сенсорів. А це означає, що ми стаємо на крок ближчими до розкриття однієї з найдавніших загадок космосу.
