Пошук темної матерії за допомогою найхолоднішого матеріалу у Всесвіті

Для пошуку гіпотетичних аксіонів, з яких можливо складається темна матерія, вчені пропонують використовувати комагнетометри з конденсатом Бозе-Ейнштейна ізотопу рубідію.

Про це розповідають в Інституті фотонічних наук (ICFO), що в Кастельдефельсі, Іспанія.

Спостерігаючи за Всесвітом, вчені визначили, що приблизно 80% його маси складає «темна матерія», яка здійснює гравітаційне тяжіння, але не взаємодіє зі світлом, і тому її не можна побачити за допомогою телескопів. Наше сучасне розуміння космології та ядерної фізики дозволяє припустити, що темна матерія можливо зроблена з аксіонів, гіпотетичних частинок з незвичайними властивостями симетрії.

У новій статті, опублікованій у «Physical Review Letters» та поміченій як пропозиція редактора, дослідники ICFO Пау Гомес, Ферран Мартін, К'яра Мацзінгхі, Даніель Бенедікто Оренес та Сільвана Паласіос під керівництвом професора ICREA у ICFO Моргана У. Мітчелла повідомляють про те, як шукати аксіони за допомогою унікальних властивостей конденсатів Бозе-Ейнштейна.

Аксіон, якщо він існує, означав би існування «екзотичних спін-залежних сил». Магнетизм, найвідоміша спін-залежна сила, змушує електрони направляти свої спини вздовж магнітного поля, як голка у компаса, яка спрямовується на північ. Магнетизм переноситься віртуальними фотонами, тоді як «екзотичні» спін-залежні сили переносилися б віртуальними аксіонами (або аксіоноподібними частинками). Ці сили діяли б як на електрони, так і на ядра, і продукувалися б не лише магнітами, а й звичайною матерією. Щоби дізнатися, чи існують аксіони, добрий для цього спосіб – подивитися і побачити, чи ядра надають перевагу вказувати на іншу матерію.

Новини за подібною темою:

		Навколо Чумацького Шляху виявлено дивну зоряну систему
		Нове дослідження показує, що нашому Всесвіту не обов′язкова темна матерія
		Астрономи встановили вплив темної матерії на еволюцію галактик

Кілька експериментів вже шукають ці сили, використовуючи «комагнетометри», які являють собою парні магнітні сенсори, встановлені в одному й тому ж місці. Порівнюючи сигнали двох сенсорів, ефект звичайного магнітного поля можна виключити, залишивши лише ефект нової сили. Поки що комагнетометри змогли лише шукати спін-залежні сили, які сягають близько одного метра та більше. Щоб шукати спін-залежні сили у меншому діапазоні, потрібен комагнетометр меншого розміру.

Конденсати Бозе-Ейнштейна (BEC) – це гази, охолоджені майже до абсолютного нуля. Оскільки BEC надтекучі, їх складові атоми можуть обертатися протягом декількох секунд без будь-якого тертя, що робить їх надзвичайно чутливими як до магнітних полів, так і до нових екзотичних сил. BEC також дуже маленькі, розміром близько 10 мікрометрів. Однак для виготовлення BEC-комагнетометра потрібно вирішити складну проблему: як помістити два BEC-магнітометри в один і той же малий об’єм.

У своєму дослідженні Гомес та його колеги повідомляють, що їм вдалося вирішити цю проблему за допомогою двох різних внутрішніх станів одного і того ж конденсату Бозе-Ейнштейна з ізотопу рубідію-87, кожен з яких діяв як окремий, але суміщений магнітометр. Результати експерименту підтверджують прогнозовану високу несприйнятливість до шуму від звичайного магнітного поля та можливість шукати екзотичні сили із значно меншими діапазонами, ніж у попередніх експериментах. Окрім пошуку аксіонів, ця технологія може також покращити точність вимірювань у фізиці ультрахолодних зіткнень та дослідженнях квантової кореляції в BEC.

Нагадаємо, раніше вчені з Унверситету Ворика висунули кандидатом на темну матерію гексакварк d-зірки.

• Темна матерія
• фізика елементарних частинок