|
Поиски таинственных аксионов
|
|
|
|
Темная материя - это неуловимый тип материи, который не излучает, не отражает и не поглощает свет, но, по прогнозам, составляет большую часть массы Вселенной. Поскольку она не может быть обнаружена и изучена с помощью обычных экспериментальных методов, природа и состав темной материи до сих пор не раскрыты.
|
|
|
|
Одними из наиболее многообещающих кандидатов в темную материю (то есть гипотетических частиц, из которых может состоять темная материя) являются аксионы. Теория предполагает, что аксионы при определенных условиях могут превращаться в легкие частицы (то есть фотоны), которые, в свою очередь, могут генерировать сигналы, улавливаемые сложным оборудованием.
|
|
|
|
Было предсказано, что в сильных магнитных полях, таких как те, которые окружают нейтронные звезды с большими магнитными полями (то есть магнетары), преобразование аксионов в фотоны приводит к генерации слабых радиосигналов, которые могут быть обнаружены с помощью мощных наземных или космических радиотелескопов.
|
|
|
|
Исследователи из Политехнического института Лиссабона и других институтов недавно показали, что некоторые из этих радиосигналов могут быть потеряны до того, как они пересекут космическое пространство, из-за взаимодействия между аксионами и плазмой в магнетарных магнитосферах, областях вокруг нейтронных звезд, в которых доминируют магнитные поля.
|
|
|
|
|
|
|
Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может послужить основой для совершенствования стратегий, направленных на обнаружение аксионов темной материи с помощью радиотелескопов.
|
|
|
|
"Наше исследование началось с простого разговора на тему "что, если" с моими соавторами", - сказал Хьюго Терсас, доцент Высшего инженерного института Лиссабона и первый автор статьи Phys.org.
|
|
|
|
"Мы обдумывали идеи о том, как аксионы могут взаимодействовать с плазмонами, которые, по сути, являются коллективными "волнами" в плазме. Как только мы поняли, что между ними "может" происходить диалог, следующим логическим шагом стал поиск идеального места во Вселенной, где это могло бы произойти".
|
|
|
|
После обсуждения возможных условий, при которых аксионы могли бы взаимодействовать с плазмой, исследователи определили экстремальную среду, которая, как ожидается, будет окружать магнетары. Эта область в космосе, известная как магнитосфера, в конечном итоге предложила идеальный сценарий, в котором они могли бы проверить свою идею.
|
|
|
|
"Представьте, что предыдущие исследователи прислушивались к определенной ноте, издаваемой удаленной флейтой (сигнал аксиона)", - объяснил Терсас.
|
|
|
|
"Они рассчитали, насколько громкой должна быть эта нота. В ходе нашей работы выяснилось, что флейта протекает. Прежде чем звук достигнет нас, часть воздуха (в данном случае аксионы) выходит через эту утечку в другой инструмент, который приглушен и не может быть услышан (плазмоны). Итак, нота, которую мы пытаемся услышать, намного тише, чем кто-либо рассчитывал."
|
|
|
|
По сути, Терсас и его коллеги провели обширный анализ, направленный на измерение степени "утечки" сигналов, связанных с преобразованием аксионов в фотоны, из-за взаимодействия с плазмонами (то есть частицами плазмы).
|
|
|
|
Их результаты показывают, что при учете этой утечки сигналы, распространяющиеся в космосе, были бы намного слабее, чем первоначально прогнозировалось, а это означает, что радиотелескопы должны были бы быть гораздо более чувствительными, чем сейчас, чтобы их уловить.
|
|
|
|
"Я считаю, что самая захватывающая часть нашей работы заключается в том, насколько универсален этот основополагающий механизм", - сказал Терсас. "Мы обнаружили его в экстремальном контексте темной материи и магнетаров, но это фундаментальный процесс, который встречается во всей физике. Прекрасным примером являются исследования в области ядерного синтеза, в реакторах в форме пончиков, называемых токамаками.
|
|
|
|
"Ученые используют точно такой же принцип для нагрева плазмы: они излучают электромагнитные волны, которые преобразуются в плазменные волны и выделяют свою энергию, нагревая систему. Это та же физика!"
|
|
|
|
Интересно, что описанный исследователями эффект, связанный с плазмонным взаимодействием, может также иметь отношение к другим темам, выходящим за рамки физики темной материи. Фактически, их статья предлагает новую концепцию, которая может сформировать понимание преобразования энергии в широком спектре физических систем.
|
|
|
|
"Наше исследование показывает, как фундаментальная физика связывает, казалось бы, несвязанные области", - сказал Терсас. "Наш главный план на будущее - полностью изменить сценарий исследований. В настоящее время поиск с помощью радиотелескопов является пассивным — астрономы ждут, когда далекая звезда пошлет нам сигнал. Мы хотим превратиться из пассивных слушателей в активных творцов".
|
|
|
|
В рамках своей будущей работы Терсас и его коллеги также надеются успешно реализовать аксионы в своей лаборатории. Чтобы добиться успеха в этом начинании, им сначала нужно создать своего рода "синтетическую" плазму.
|
|
|
|
""Синтетическая" плазма - это сконструированный материал, который имитирует экстремальные условия магнитосферы магнетара, но на поверхности стола", - добавил Терсас.
|
|
|
|
"Это позволило бы нам точно настроить окружающую среду и, по сути, создать идеальные условия для появления аксионов с помощью обнаруженного нами механизма преобразования. Это гораздо более прямой способ их поиска".
|
|
|
|
Источник
|
