Вчені звузили діапазон пошуку темної матерії

За допомогою високоточного експерименту міжнародній дослідницькій групі вдалося значно звузити рамки припущення про існування темної матерії.

Про це розповідають в Бернському університеті, передають OstanniPodii.com.

Космологічні спостереження за орбітами зірок і галактик дають змогу зробити чіткі висновки про сили гравітації, що діють між небесними тілами. Але з цього виходить висновок, що вражає: видимої матерії далеко не достатньо для того, щоб пояснити розвиток або рух галактик. Це говорить про існування іншого, досі невідомого типу матерії. У 1933 році швейцарський фізик й астроном Фріц Цвіккі припустив існування того, що зараз відомо як темна матерія. Темна матерія — це передбачувана форма матерії, яку не видно безпосередньо, але яка взаємодіє з нею за допомогою гравітації, і складається з приблизно в п′ять разів більшої маси, ніж матерія, з якою ми знайомі.

Нещодавно, після проведення точного експерименту, розробленого в Центрі фундаментальної фізики імені Альберта Ейнштейна (AEC) при Бернському університеті, міжнародній дослідницькій групі вдалося значно звузити рамки існування темної матерії. AEC, що налічує понад 100 членів, є однією з провідних міжнародних дослідницьких організацій у галузі фізики елементарних частинок. Результати роботи групи під керівництвом Берна були опубліковані в журналі Physical Review Letters у статті “Нове обмеження на аксіоноподібну темну матерію з використанням холодних нейтронів”.

Таємниця, що оточує темну матерію

“З чого насправді складається темна матерія, досі абсолютно незрозуміло”, - пояснює Іво Шультес, аспірант AEC і провідний автор дослідження. Однак точно відомо, що вона складається не з тих самих частинок, з яких складаються зорі, планета Земля або ми, люди. У всьому світі для пошуку можливих частинок темної матерії використовують дедалі чутливіші експерименти та методи — досі, однак, безуспішно.

Деякі гіпотетичні елементарні частинки, відомі як аксіони, являють собою перспективну категорію можливих кандидатів у частинки темної матерії. Важливою перевагою цих надзвичайно легких частинок є те, що вони можуть одночасно пояснити інші важливі явища у фізиці частинок, які досі не зрозумілі.

Бернський експеримент проливає світло на темряву

“Завдяки багаторічному досвіду нашій команді вдалося розробити й побудувати надзвичайно чутливий вимірювальний пристрій — експеримент Beam EDM”, - пояснює Флоріан Пієгса, професор кафедри фізики низьких енергій та прецизійної фізики AEC, який у 2016 році отримав один з престижних стартових грантів ERC від Європейської дослідницької ради за дослідження з нейтронами. Якщо невловні аксіони справді існують, вони мають залишити характерний слід у вимірювальній апаратурі.

Новини за подібною темою:

		У пошуках темної матерії вчені виявили дещо дивне
		Виявлено далекий зоряний потік, який може наблизити нас до розуміння таємничої темної матерії
		Нове дослідження підкріплює докази існування темної матерії

“Наш експеримент дає змогу визначити частоту обертання спінів нейтронів, які рухаються через суперпозицію електричних і магнітних полів”, - пояснює Шультес. Спін кожного окремого нейтрона діє як своєрідна голка компаса, яка обертається під дією магнітного поля подібно до секундної стрілки наручного годинника, але майже у 400 000 разів швидше.

“Ми точно виміряли частоту цього обертання та досліджували її на предмет найдрібніших періодичних коливань, які могли б бути викликані взаємодією з аксіонами”, - пояснює Пієгса. Результати експерименту були однозначними: “Обертальна частота нейтронів залишилася незмінною, що означає, що в наших вимірах немає жодних ознак аксіонів”, - каже Пієгса.

Простір параметрів успішно звужено

Вимірювання, які проводилися спільно з дослідниками з Франції на Європейському дослідницькому джерелі нейтронів в Інституті Лауе-Ланжевена, дали змогу експериментально виключити раніше абсолютно недосліджений простір параметрів аксіонів. Крім того, виявилося можливим провести пошук гіпотетичних аксіонів, які були б у більш ніж у 1000 разів важчими, ніж це було можливо раніше за допомогою інших експериментів.

“Хоча існування цих частинок залишається загадковим, ми успішно виключили важливий простір параметрів темної матерії”, - підсумовує Шультес. Майбутні експерименти тепер можуть ґрунтуватися на цій роботі.

“Остаточна відповідь на питання про темну матерію дасть нам значне розуміння основ природи й наблизить нас на великий крок до повного розуміння Всесвіту", - пояснює Пієгса.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Темна матерія
• аксіон