Ученые сузили диапазон поиска темной материи

С помощью высокоточного эксперимента международной исследовательской группе удалось значительно сузить рамки предположения о существовании темной материи.

Об этом рассказывают в Бернском университете, передают OstanniPodii.com.

Космологические наблюдения за орбитами звезд и галактик позволяют сделать четкие выводы о силах гравитации, действующих между небесными телами. Но из этого получается поразительный вывод: видимой материи далеко не достаточно для того, чтобы объяснить развитие или движение галактик. Это говорит о существовании другого, до сих пор неизвестного типа материи. В 1933 году швейцарский физик и астроном Фриц Цвикки предположил существование того, что сейчас известно как темная материя. Темная материя — это предполагаемая форма материи, не видимая непосредственно, но которая взаимодействует с ней посредством гравитации, и состоит из примерно в пять раз большей массы, чем материя, с которой мы знакомы.

Недавно, после проведения точного эксперимента, разработанного в Центре фундаментальной физики имени Альберта Эйнштейна (AEC) при Бернском университете, международной исследовательской группе удалось значительно сузить рамки существования темной материи. AEC, насчитывающая более 100 членов, является одной из ведущих международных исследовательских организаций в области физики элементарных частиц. Результаты работы группы под руководством Берна были опубликованы в журнале Physical Review Letters в статье "Новое ограничение на аксионоподобную темную материю с использованием холодных нейтронов".

Тайна, окружающая темную материю

«Из чего на самом деле состоит темная материя, до сих пор совершенно непонятно», - объясняет Иво Шультес, аспирант AEC и ведущий автор исследования. Однако точно известно, что она состоит не из тех же частиц, из которых состоят звезды, планета Земля или мы, люди. Во всем мире для поиска возможных частиц темной материи используют все более чувствительные эксперименты и методы — до сих пор, однако, безуспешно.

Некоторые гипотетические элементарные частицы, известные как аксионы, представляют собой перспективную категорию возможных кандидатов в частицы темной материи. Важным преимуществом этих чрезвычайно легких частиц является то, что они могут одновременно объяснить другие важные явления в физике частиц, которые до сих пор не поняты.

Бернский эксперимент проливает свет на темноту

«Благодаря многолетнему опыту нашей команде удалось разработать и построить чрезвычайно чувствительное измерительное устройство — эксперимент Beam EDM», - объясняет Флориан Пиегса, профессор кафедры физики низких энергий и прецизионной физики AEC, который в 2016 году получил один из престижных стартовых грантов ERC от Европейского исследовательского совета за исследования с нейтронами. Если неуловимые аксионы действительно существуют, они должны оставить характерный след в измерительной аппаратуре.

«Наш эксперимент позволяет определить частоту вращения спинов нейтронов, которые движутся через суперпозицию электрических и магнитных полей», - объясняет Шультес. Спин каждого отдельного нейтрона действует как своеобразная игла компаса, вращающаяся под действием магнитного поля подобно секундной стрелке часов, но почти в 400 000 раз быстрее.

«Мы точно измерили частоту этого вращения и исследовали ее на предмет мельчайших периодических колебаний, которые могли бы быть вызваны взаимодействием с аксионами», - объясняет Пиегса. Результаты эксперимента были однозначными: «Вращательная частота нейтронов осталась неизменной, что означает, что в наших измерениях нет никаких признаков аксионов», - говорит Пиегса.

Пространство параметров успешно сужено

Измерения, которые проводились совместно с исследователями из Франции на Европейском исследовательском источнике нейтронов в Институте Лауэ-Ланжевена, позволили экспериментально исключить ранее совершенно неисследованное пространство параметров аксионов. Кроме того, оказалось возможным провести поиск гипотетических аксионов, которые были бы в более чем в 1000 раз тяжелее, чем это было возможно ранее с помощью других экспериментов.

«Хотя существование этих частиц остается загадочным, мы успешно исключили важное пространство параметров темной материи», - заключает Шультес. Будущие эксперименты теперь могут основываться на этой работе.

«Окончательный ответ на вопрос о темной материи даст нам значительное понимание основ природы и приблизит нас на большой шаг к полному пониманию Вселенной», - объясняет Пиегса.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.