Группа ученых из ведущих университетоов мира предложила принципиально новый детектор темной материи — «космическое автомобильное радио», способное найти аксионы в течение ближайших пятнадцати лет. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Темная материя остается загадкой: она не излучает свет, но составляет до 85% массы Вселенной, воздействуя на галактики гравитационно. Одним из наиболее перспективных кандидатов на роль темной материи являются аксионы — гипотетические элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом, но проявляют себя как волны с частотами от слышимых человеком килогерц до высоких терагерц.
Ученые разработали материал, называемый AQ (axion quasiparticle), из многослойного гексаэдрического теллурида марганца и висмута (MnBi₂Te₄). Его тончайшие двумерные пласты обеспечивают специфическую резонансную частоту, способную совпасть с волновой частотой аксиона. Когда AQ находит «свою» частоту, он начинает испускать микроскопические вспышки света, фиксируемые детекторами.
«Мы по сути строим радио, которое настраивается на частоту аксионов в космосе, — отметил Дэвид Марш, соруководитель проекта в Королевском колледже Лондона. — Технология уже существует, осталось лишь увеличить масштаб и запустить серию опытов».
Создание первого рабочего образца AQ-модуля планируется в течение пятилетнего срока. По словам авторов, после этого потребуется примерно десять лет регулярного сканирования диапазона терагерцных частот, где, по теории, и прячется часть темной материи.
Разработка AQ велась больше шести лет: «MnBi₂Te₄ очень чувствителен к кислороду, поэтому мы расслоили его на слои толщиной всего в несколько атомов, чтобы точно настроить его свойства, — объяснил ведущий автор Джиан-Сян Цю из Гарварда. — Это позволило увидеть новые эффекты взаимодействия с квантовыми объектами, такими, как аксионы».
Марш добавляет: «Сейчас публикаций об аксионах почти столько же, сколько было о бозоне Хиггса за год до его открытия. Предложенная в 1983 году идея о том, что аксионы действуют как радиочастота, сегодня становится технологической реальностью — мы быстро приближаемся к их обнаружению».
Если проект увенчается успехом, «космическое радио» AQ откроет новую эру экспериментальной физики, позволив наконец поймать «невидимую» материю и пролить свет на фундаментальные свойства Вселенной. Суть темной материи будоражит умы ученых с начала прошлого века. И хотя нам кажется, что мы совершенно далеки от ее понимания, с каждым днем астрофизики открывают новые горизонты. Недавно в Млечном Пути было обнаружено загадочное вещество, намекающее на новый вид темной материи.
