Если бы гипотетические частицы, называемые аксионами, были найдены, они могли бы решить сразу две загадки: объяснить из чего состоит темная материя (из аксионов) и объяснить свойства симметрии сильного взаимодействия, которое удерживает протоны и нейтроны в атомных ядрах.
Физики сузили пространство поиска темной материи. Но аксион пока не пойман
Ученые ЦЕРНА ищут частицу темной материи — аксион. Пока успехов нет. И все эксперименты оканчиваются неудачей. Но на установке CAST, которая должна зарегистрировать фотоны, взаимодействующие с аксионами, удалось добиться некоторого прогресса.
Теоретическое распределение темной материи во Вселенной. NASA
Физики верят, что темная материи пусть и едва уловимо, но все-таки взаимодействует с видимой материей. И можно увидеть следы таких взаимодействий
Ученые пытаются искать не сами аксионы (на сегодняшнем уровне это невозможно), а следы их взаимодействия с другими частицами, в частности с фотонами.
В своей статье группа исследователей, работающих над экспериментом CAST в ЦЕРНе, Женева сообщает, как они перенацелили часть эксперимента на ранее неизведанную область поисков аксионов.
CAST изначально был разработан для поиска аксионов, исходящих от Солнца. Но в новом исследовании команда CAST настроила детектор аксионов, которыq теперь ищет аксионы из «ореола» темной материи Млечного Пути. Детектор назвали CAST-CAPP.
Охота на темную материю
Резонатор CAST-CAPP был помещен внутрь магнита CAST (синий).
В сильном магнитном поле создаваемом магнитом CAST, аксионы должны превращаться в фотоны (по крайне мере, теоретически). Детектор — это, фактически, радиоприемник, который исследователи могут настроить, чтобы определить частоту этих порожденных аксионами фотонов. Но частота передающей аксионы «радиостанции» неизвестна, поэтому исследователи медленно сканировали всю полосу частот, где теоретически возможен аксионный сигнал.
CAST-CAPP можно настроить для приема сигналов аксионов в диапазоне от 4,774 до 5,434 ГГц, что соответствует массам аксионов от 19,74 до 22,47 микроэлектронвольт (это очень мало — примерно, в миллион миллионов раз меньше массы электрона).
Исследователи сканировали всю полосу с шагом 200 кГц в течение 4124 часов с 12 сентября 2019 года по 21 июня 2021 года и действительно выделили некоторые фоновые сигналы. Например, они заметили местный WiFi на частоте 5 ГГц, но никаких сигналов от аксионов получено не было. Но физики считают, что не все безнадежно. Данные CAST-CAPP накладывают новые ограничения на максимальную силу взаимодействия аксионов с фотонами для масс аксионов от 19,74 до 22,47 микроэлектронвольт, сужая пространство, в котором можно искать аксионную темную материю.
Охота на темную материю продолжается. К ней в далеком будущем может присоединиться и Большой адронный коллайдер.