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.

“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.