Поиск темной материи с помощью самого холодного материала во Вселенной

Для поиска гипотетических аксионов, из которых возможно состоит темная материя, ученые предлагают использовать комагнетометры с конденсатом Бозе-Эйнштейна изотопа рубидия.

Об этом рассказывают в Институте фотонных наук (ICFO), что в Кастельдефельсе, Испания.

Наблюдая за Вселенной, ученые определили, что примерно 80% ее массы составляет «темная материя», которая осуществляет гравитационное притяжение, но не взаимодействует со светом, и поэтому ее нельзя увидеть с помощью телескопов. Наше современное понимание космологии и ядерной физики позволяет предположить, что темная материя может быть сделана из аксионов, гипотетических частиц с необычными свойствами симметрии.

В новой статье, опубликованной в «Physical Review Letters» и помеченной как предложение редактора, исследователи ICFO Пау Гомес, Ферран Мартин, Кьяра Мацзингхи, Даниэль Бенедикто Оренес и Сильвана Паласиос под руководством профессора ICREA в ICFO Моргана В. Митчелла сообщают о том, как искать аксиони с помощью уникальных свойств конденсатов Бозе-Эйнштейна.

Аксион, если он существует, означал бы существование «экзотических спин-зависимых сил». Магнетизм, известная спин-зависимая сила, заставляет электроны направлять свои спины вдоль магнитного поля, как игла в компасе, которая направляется на север. Магнетизм переносится виртуальными фотонами, тогда как «экзотические» спин-зависимые силы переносились бы виртуальными аксионами (или аксионоподобными частицами). Эти силы действовали бы как на электроны, так и на ядра, и производились бы не только магнитами, но и обычной материей. Чтобы узнать, существуют ли аксионы, хорош для этого способ - посмотреть и увидеть, предпочитают ли ядра указывать на другую материю.

Новости по подобной теме:

		Впервые осуществлена транспортировка антиматерии
		Астрономы обнаружили галактику, которая почти полностью может состоять из темной материи
		«Первичный бульон» ранней Вселенной на самом деле был жидким, установили исследователи

Несколько экспериментов уже ищут эти силы, используя «комагнетометры», которые представляют собой парные магнитные сенсоры, установленные в одном и том же месте. Сравнивая сигналы двух сенсоров, эффект обычного магнитного поля можно исключить, оставив только эффект новой силы. Пока комагнетометры смогли только искать спин-зависимые силы, которые составляют около одного метра и более. Для поиска спин-зависимых силы в меньшем диапазоне, нужен комагнетометр меньшего размера.

Конденсаты Бозе-Эйнштейна (BEC) – это газы, охлажденные почти до абсолютного нуля. Поскольку BEC сверхтекучий, составляющие их атомы могут вращаться в течение нескольких секунд без какого-либо трения, что делает их чрезвычайно чувствительными как к магнитным полям, так и к новым экзотическим силам. BEC также очень маленькие, размером около 10 микрометров. Однако для изготовления BEC-комагнетометра нужно решить сложную проблему: как поместить два BEC-магнитометра в один и тот же малый объем.

В своем исследовании Гомес и его коллеги сообщают, что им удалось решить эту проблему с помощью двух различных внутренних состояний одного и того же конденсата Бозе-Эйнштейна из изотопа рубидия-87, каждый из которых действовал как отдельный, но совмещенный магнитометр. Результаты эксперимента подтверждают прогнозируемую высокую невосприимчивость к шуму от обычного магнитного поля и возможность искать экзотические силы со значительно меньшими диапазонами, чем в предыдущих экспериментах. Кроме поиска аксиона, эта технология может также улучшить точность измерений в физике ультрахолодных столкновений и исследованиях квантовой корреляции в BEC.

Напомним, ранее ученые из Унверситета Уорика выдвинули кандидатом на темную материю гексакварк d-звезды.

• Темная материя
• физика элементарных частиц