|
Детекторы гравитационных волн могут обнаружить темную материю
|
|
|
|
Гравитационная астрономия — относительно новая дисциплина, которая открыла астрономам множество дверей для понимания того, как работает огромный и жестокий конец шкалы. Он использовался для картографирования слияния черных дыр и других экстремальных явлений во Вселенной. Теперь команда из Института теоретической физики Уолтера Берка Калифорнийского технологического института считает, что у них есть новое применение для новой технологии — ограничение свойств темной материи. Как мы уже много раз сообщали, темная материя — это вещество, которое составляет подавляющее большинство массы во Вселенной, но невидимо для обычных электромагнитных волн, что делает буквально невозможным для нас «видеть» так, как мы обычно подумай об этом. Однако эти частицы, если они на самом деле таковы, взаимодействуют с другой фундаментальной силой — гравитацией.
|
|
|
|
Что сделало бы их потенциальной мишенью для исследований обсерваторий гравитационных волн (ГВ). Но есть несколько предположений, лежащих в основе этой работы. Во-первых, темная материя — это «макро» явление, т. е. неподвластное миру квантовой механики. Гравитационные волны, скорее всего, будут работать только с тем, что авторы назвали сверхтяжелой темной материей, что в их контексте касается массы самих статей. Интерферометры, предназначенные для обнаружения гравитационных путей, потенциально могут улавливать сигналы, затронутые частицами, которые достаточно тяжелы, чтобы попасть в эту категорию. В частности, эти частицы будут влиять на три разные характеристики гравитационной волны, две из которых авторы новой статьи на сервере препринтов arXiv рассчитывают впервые.
|
|
|
Во-первых, это эффект Доплера, о котором узнает каждый школьник-физик, как правило, на примере того, как машины скорой помощи звучат по-разному, когда они приближаются к вам и удаляются от вас. То же самое происходит и с гравитационными волнами, поскольку они одинаково влияют на пространство-время в зависимости от того, как их источник движется относительно обсерватории ГВ. Для более детального изучения того, как темная материя может влиять на ГВ, авторы рассматривают задержку Шапиро и Эйнштейна. Задержка Шапиро — это изменение времени прохождения сигнала от одного конца интерферометра до другого. Это можно изменить в зависимости от того, происходит ли уплотнение пространства-времени где-то вдоль плеча интерферометра. С другой стороны, задержка Эйнштейна — это реальная задержка в часах, которые интерферометр использует для измерения гравитационных волн. Однако этот эффект компенсируется в определенных конфигурациях интерферометра.
|
|
|
|
Из всего этого авторы делают вывод о том, что современные обсерватории GW, которые, как ожидается, скоро будут подключены к Интернету, такие как гравитация из эксперимента по квантовой запутанности пространства-времени (GQuEST) в Калифорнийском технологическом институте, должны быть в состоянии обнаруживать транзитную темную материю, если она достаточно большой, чтобы считаться «сверхтяжелым». Но в статье есть еще один интригующий нюанс, который указывает на потенциально более глубокое понимание лежащей в основе физики. Студентов-физиков во всем мире учат фундаментальным силам — гравитации, электромагнетизму, сильным и слабым ядерным взаимодействиям. Но может быть и пятая сила, которая до сих пор была невидима для нашего обнаружения. Эта сила, известная как взаимодействие Юкавы, является теоретической пятой фундаментальной силой, которая действует между темной материей и более традиционными типами частиц, более знакомыми изучающим классическую физику — в теоретической физике они известны как барионы.
|
|
|
|
До сих пор не было никаких убедительных доказательств существования этой силы, но некоторые эксперименты начали работать над ее ограничением. Согласно статье, если он действительно существует, те же самые детекторы GW могут сыграть роль в его дальнейшем ограничении. Поиск новой фундаментальной силы и разгадка загадки, десятилетиями терзавшей теоретическую физику, — тяжелое бремя для относительно новой науки. Но именно так движется вперед сама наука — используя новые технологии для дальнейших измерений и подтверждения или опровержения новых теорий. Теперь, спустя долгое время, настало время для гравитационной астрономии проявить себя.
|
|
|
|
Источник
|
