Главная Новости Физики измерили массу аксиона, гипотетической частицы темной материи

Предложен новый метод поиска аксионов

Международная группа физиков предложила новый лабораторный способ обнаружения взаимодействия частиц. Поиск аксионов, гипотетической формы темной материи, вышел на новый уровень, пишет Альтернативная наука.

Физики испытали новый спиновый усилитель, по косвенным показателям которого определили массу аксиона в пределах допустимого "аксионного окна" - от 0,01 до 1 мэВ. Тем самым был преодолен разрыв между предыдущими лабораторными поисками и астрофизическими наблюдениями.

Впервые гипотеза об аксионах была выдвинута в 1970-х годах как способ объяснения проблемы зарядовой четности.

Согласно теории, элементарные частицы должны были в изобилии образоваться после Большого взрыва, быть без заряда и гораздо менее массивными, чем электроны. Это означает, что они очень слабо взаимодействуют с веществом и электромагнитным излучением.

Отсюда и проистекает кандидатство на роль темной материи - загадочного вещества, которое, предположительно, составляет большую часть материальной Вселенной и влияет на гравитационные свойства крупных структур, например, галактик.

Экзотическое диполь-дипольное взаимодействие

Новый метод поиска аксионов использует следующее предсказание об их поведении: когда фермионы (частицы с полуцелым спином) обмениваются аксионами, они должны производить экзотическое диполь-дипольное взаимодействие, которое в принципе может быть обнаружено в лаборатории.

Физики убеждены, что с помощью новой методики найдут аксионы, частицы темной материи

В последнем исследовании группа под руководством Синьхуа Пэн из Университета науки и технологий Китая вместе с командой Дмитрия Будкера из Института Гельмгольца объединила большой ансамбль поляризованных атомов рубидия-87 (87Rb) (источник электронных спинов) с поляризованными ядерными спинами ксеона-129 (129Xe) для поиска доказательств этого взаимодействия.

Ядерные спины действуют как усилитель слабых псевдомагнитных полей, которые генерируются электронами, обменивающимися аксионами. Эксперименты показали, что спиновый усилитель влияеет на внешние магнитные поля - более чем в 40 раз.

"Аксионы можно было искать, измеряя это поле", - объясняет Пенг.

 

"Для поиска аксионов с массами в пределах аксионного окна от 0,01 МэВ до 1 МэВ мы изменили расстояние между спиновым усилителем на основе 129Xe и спиновым источником Rb до сантиметрового масштаба".

Данный метод позволил исследователям ограничить массу аксиона от 0,03 мэВ до 1 мэВ, что лежит в диапазоне, предсказанном несколькими теориями, включая высокотемпературную решетчатую КХД, модель стандартной модели аксионного портала Хиггса (SMASH) и аксионные струнные сети.

"До сих пор существующие лабораторные исследования (например, эксперименты с полостями ADMX) и астрофизические наблюдения (например, SN1987A, белые карлики и шаровые скопления) в основном ориентировались на поиск аксионов с массами за пределами этого окна (за исключением эксперимента ORGAN в Западной Австралии)", - говорит Пенг в интервью Physics World.

"Наш результат охватывает пространство параметров аксионного окна, дополняя существующие астрофизические и лабораторные исследования потенциальных расширений Стандартной модели".

Повышая экспериментальную чувствительность

Пенг убежден, что методика может быть расширена для поиска широкого спектра гипотетических частиц за пределами Стандартной модели физики частиц, таких как Z' бозоны и темные фотоны.

 

"С помощью нашей методики, например, мы можем искать широкий спектр экзотических взаимодействий, опосредованных новыми частицами, таких как взаимодействия парафотонов, соответствующая чувствительность которых должна быть на много порядков выше, чем существующие ограничения", - утверждает физик.

"Кроме того, мы можем напрямую искать аксионоподобную галактическую темную материю, откидывая лабораторные ограничения и результаты астрофизических наблюдений".