Фізики розробили новий метод пошуку гіпотетичних частинок темної матерії в лабораторії. Вони пропонують отримувати аксіони в зіткненні двох інтенсивних лазерних пучків - чутливість такого досвіду порівнянна з астрофізичними експериментами, в той час як його результати меншою мірою залежать від використовуваної моделі. Стаття опублікована в журналі.
Темною матерією називають гіпотетичний різновид речовини, який не бере участі в електромагнітній взаємодії. Сьогодні на існування цієї компоненти вказує цілий ряд астрофізичних свідчень, а моделі з її участю успішно описують і прогнозують спостережувані явища (дізнатися про це детальніше можна в матеріалі «Невидимий цемент Всесвіту»). Проте, вчені досі не знають, з чого складається темна матерія - жодну з гіпотетичних частинок, існування яких пророкує теорія, зареєструвати на детекторах поки не вдалося. Експерименти в цій області мають сьогодні велику значимість - незважаючи на результати, вони дозволяють отримати обмеження на невідомі характеристики частинок темної матерії, скоригувати теорію і звузити область подальших пошуків.
Британські фізики під керівництвом Костянтина Бейєра (Konstantin A. Beyer) з Оксфордського університету запропонували свій підхід для пошуку аксіонів - так називається вид гіпотетичних частинок, який вводиться в одній з найбільш відомих теоретичних моделей для вирішення проблеми в квантовій хромодинаміці. Дослідники розглянули виникнення аксіонів при зіткненні двох лазерних пучків (які складаються з фотонів) високої інтенсивності. Частинки, що народжуються таким чином, у пропонованому сценарії проходять через перешкоду (стінку) і під дією магнітного поля знову перетворюються на фотони, які потрапляють у детектор. Оскільки на шляху променів лазерів знаходиться перешкода, виявлення фотона по інший бік стінки за відсутності шуму означає реєстрацію аксіона. На практиці ж схема досвіду дозволяє перевіряти надійність таких подій: для цього достатньо випускати випромінювання короткими імпульсами і синхронізувати їх з роботою детектора.
Автори встановили, що за якістю запропонований експеримент може змагатися з іншими дослідами з пошуку темної матерії. Зокрема, при досить довгій витримці (приблизно одну добу на один кутовий крок) його чутливість порівнянна з сонячним телескопом лабораторії CERN і досягає характеристик аксіонів, які пророкує квантова хромодинаміка. Разом з тим досвід спирається на меншу кількість теоретичних припущень - це робить методику більш надійною в порівнянні з альтернативними підходами.
Автори також зазначають, що якість експерименту можна підвищити завдяки технологіям зі створення лазерних установок: зі зростанням кількості фотонів у пучці одночасно збільшується ймовірність народження аксіонів. Крім того, для посилення спостережуваних ефектів можна використовувати неоднорідне магнітне поле і регулювати показник заломлення середовища, в якому відбувається перетворення гіпотетичної частинки на реєстровану. Останні фактори не враховувалися в дослідженні, тому вирахувані оцінки чутливості є лише нижніми обмеженнями - на практиці, на думку вчених, результати можуть виявитися значно кращими.
Нові методи для виявлення гіпотетичних частинок пропонувалися і в інших недавніх роботах. Так, минулого року фізики обмежили масу темної матерії за допомогою фотографії чорної діри, а в нинішньому - запропонували використовувати для нових пошуків вже побудовані детектори.