Нашу Вселенную формирует нечто, что мы c вами не можем непосредственно наблюдать. Эта таинственная субстанция, называемая темной материей, заполняет 85% Вселенной и ответственна за ее структуру и расположение галактик и звезд. Так как темная материя не взаимодействует со светом, но имеет вес, измерить ее можно только косвенно – темная материя искривляет свет звезд из-за гравитационного эффекта, подобно тому, как стекло преломляет свет. Стоит ли удивляться, что эта таинственная субстанция десятилетиями ставила ученых в тупик.
Но наука не стоит на месте и последние исследования в области квантовых технологий могут оказаться жизненно важным звеном в разгадке тайны темной материи. Недавно коллаборация исследователей из США разработала новые устройства, использующие квантовые вычислительные биты, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц. Новый метод, как полагают физики, позволит искать доказательства существования темной материи в 1000 раз быстрее, чем когда-либо.
Пока марсоходы летают по Красной планете, мир физики буквально сотрясают научные открытия. Недавно исследователи из Fermilab сообщили об открытии, результаты которого расходятся со Стандартной моделью – теоретической конструкцией, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Согласно полученным результатам, мюоны – их обнаружили в космических лучах – при прохождении через магнитное поле отклоняются, что противоречит теории и может быть признаком существования неизвестной науке силы природы.
В то же самое время ученые из Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration применили новый метод расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями. Их результаты, как это ни странно, подтвердили незыблемость Стандартной модели и если окажутся верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, а значит нет и новой силы природы. Важно отметить, что описанные выше исследования – далеко не единственные в этой области. Так, ранее полученные результаты на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН также свидетельствуют о возможном существовании новой физики, а датские ученые недавно и вовсе поставили под сомнение существование темной энергии – силы, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.
Сегодня сами физики не могут сказать что-то определенное (особенно о крахе Стандартной модели), так как все полученные результаты необходимо будет перепроверить. Этот процесс, по мнению ученых, может занять год или полтора. Как сообщил физик Андрей Голутвин, работающий на Большом адронном коллайдере, в интервью Тасс.Наука, “за это время существование “новой физики” или подтвердят, или опровергнут”. Ну а пока ученые трудятся над проверкой результатов, физики из Чикагского университета, похоже, нащупали ключ к разгадке тайны темной материи, который – и это самое интересное – связан с результатами, полученными в Fermilab.
Прямое обнаружение частиц темной материи ускользало от ученых на протяжении десятилетий, но отнюдь не из-за недостатка попыток. Эксперименты на Земле были направлены на поиск странного вещества с помощью БАК, но космос, похоже, проводит свои собственные эксперименты – астрономы (при условии что они знают где искать) уже сегодня могут обнаружить сигнатуру темной материи. Сделать это можно с помощью необычного рентгеновского излучения от галактик (когда частицы темной материи распадаются), странных вспышек света или рентгеновских лучей вблизи нейтронных звезд (когда частицы темной материи превращаются в фотоны в их мощных магнитных полях). Но есть и другой способ.
Его недавно продемонстрировала команда исследователей из Чикагского университета и Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, разработав новые устройства, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц – «аксиона» и «скрытого фотона» — считалось, что они взаимодействуют с фотонами или частицами света в видимой повседневной Вселенной.
Теоретическое существование аксионов было предложено более 30 лет назад, вот только обнаружить их экспериментальным путем не удалось. Новая техника, по мнению ученых, способна радикально продвинуть научные исследования в области изучения темной материи. Ознакомиться с текстом исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters можно здесь. «Мы знаем, что вокруг нас существует огромное количество массы, которая не состоит из того же материала, что и мы с вами», – сказал Аарон Чоу, физик из Fermilab и соавтор нового исследования в интервью New Atlas. «Природа темной материи – это действительно непреодолимая тайна, которую многие из нас пытаются разгадать.»
Необходимо отметить, что в последнее десятилетие ученые улучшили способность использовать свойства квантовой механики, которые управляют странным поведением частиц в мельчайших масштабах Вселенной. Достижения в этой области позволили создать такую технологию, как «кубит» или бит квантовых вычислений. Кубиты невыразимо чувствительны к малейшим нарушениям в окружающей среде. И это (как вы уже могли догадаться) именно то, что нужно физикам для обнаружения темной материи.
Новая методика использует кубиты для обнаружения фотонов, генерируемых при воздействии частиц темной материи на электромагнитное поле. Специальное устройство, так называемый сверхпроводящий резонатор, предлагает способ создания и хранения сигнального фотона: как только фотон оказывается там, в полость вставляется кубит, собирающий о нем данные. Этот метод, вероятнее всего, поможет обнаружить темную материю, поскольку любую невидимую частицу, которая преобразуется в фотоны, можно будет увидеть. Так что нам с вами снова остается ждать, но только на этот раз в предвкушении.
