|
Поиски аксионов и темных фотонов
|
|
|
|
Существование темной материи практически доказано — астрономы считают, что она составляет около четверти всей энергии Вселенной, — однако ее истинная сущность ускользала от нас на протяжении десятилетий. Двумя ведущими кандидатами на роль темной материи являются гипотетические частицы — сверхлегкие аксионы и темные фотоны, которые в исследованном здесь диапазоне были бы примерно на 19–21 порядок легче электрона.
|
|
|
|
Традиционные поиски аксионов обычно включают преобразование их в фотоны с помощью мощных лабораторных магнитов. Однако исследования в лаборатории по своей природе ограничивают пространство, в котором может быть применено такое поле.
|
|
|
|
Группа исследователей из Киотского университета, Хиросимского университета и Университета Нихон обнаружила, что, напротив, собственное магнитное поле Земли охватывает масштаб, недостижимый для любой лаборатории. Их статья опубликована в журнале Progress of Theoretical and Experimental Physics.
|
|
|
|
«Мы задались вопросом, можем ли мы использовать саму Землю в качестве гигантского детектора в поисках», — говорит ведущий автор исследования Ацуши Таруя. «Полость между Землей и ионосферой действует как естественный резонатор, который усиливает электромагнитные волны в диапазоне масс, который мы хотели исследовать».
|
|
|
|
|
|
|
Расширение диапазона поиска
|
|
|
|
Однако существующая теория могла обрабатывать только частоты ниже 1 Гц, оставляя остальную часть этого диапазона непредсказуемой. Это вдохновило команду на создание новой теоретической модели, учитывающей электропроводность атмосферы, показывающей, что полость между Землей и ионосферой усиливает сигналы вблизи 8 Гц и расширяющей надежные прогнозы примерно до 30 Гц.
|
|
|
|
Они ожидали, что сигналы аксионного происхождения будут различаться в зависимости от местоположения, с самыми сильными сигналами в Юго-Восточной Азии, в то время как сигналы темных фотонов должны выглядеть почти одинаково повсюду.
|
|
|
|
Основываясь на своей новой модели, команда проанализировала данные геомагнитного поля за примерно десятилетний период с 2012 по 2022 год, полученные в обсерватории Эскдейлмюр Британской геологической службы. Они удалили искусственный шум, затем провели поиск устойчивого узкочастотного сигнала, который, как ожидается, будет производить темная материя в течение длительных периодов времени, после чего выполнили статистический анализ.
|
|
|
|
Более жесткие ограничения на аксионы, интригующие подсказки
|
|
|
|
Затем команда распространила ту же теоретическую основу на темные фотоны, которые, в отличие от аксионов, генерируют электромагнитные волны даже без наличия магнитного поля, и провела поиск их характерного сигнала в том же наборе данных.
|
|
|
|
Рассматривая всю Землю как гигантский детектор для определенного диапазона масс аксионов, команда установила ограничения на то, насколько сильно аксионы взаимодействуют со светом, которые оказались примерно в 100 раз жестче, чем предыдущие лучшие результаты наземного эксперимента. Эти результаты даже конкурируют с ограничениями, полученными в результате астрофизических рентгеновских наблюдений, таких как Chandra и NuSTAR, которые сами по себе основаны на определенных теоретических предположениях.
|
|
|
|
Загадочным образом анализ темных фотонов также выявил несколько кандидатов на сигналы, которые потенциально могут исходить от темной материи, хотя их истинная природа еще не подтверждена.
|
|
|
|
На данный момент идентичность темной материи остается загадкой. Однако ожидается, что разработанная в этом исследовании теоретическая основа ляжет в основу нового этапа поисков темной материи.
|
|
|
|
Источник
|
