Исследователи создали кристаллические структуры, в которых фотоны света ведут себя подобно гипотетическим частицам темной материи — аксионам.
Международная группа физиков объявила о важном прогрессе в поисках темной материи. В экспериментах с искусственными кристаллами из иттриевого железного граната исследователям удалось заставить фотоны двигаться так же, как должны вести себя аксионы — гипотетические частицы, считающиеся основными кандидатами на роль темной материи.
Результаты исследований наших новых кристаллических структур вселяют большую уверенность в том, что однажды мы сможем использовать кристаллы для обнаружения настоящих аксионов.
Профессор Чжан Байлэ из Наньянского технологического университета, соавтор исследования
Темная материя не излучает и не отражает свет, не имеет электрического заряда и крайне слабо взаимодействует с обычной материей, что делает ее обнаружение чрезвычайно сложным. Однако ученые уверены в ее существовании, поскольку наличие темной материи помогает объяснить, почему галактики не распадаются под действием центробежных сил.
В ходе экспериментов исследователи наблюдали, как фотоны света перемещались в одном направлении по трехмерным краям специально спроектированной кристаллической структуры. Такое поведение полностью соответствует теоретическим предсказаниям о движении аксионов.
Кристалл, спроектированный для исследования. Фото: Nanyang Technological University, Singapore
Теория предсказывает, что настоящие аксионы могут преобразовываться в фотоны в мощном магнитном поле в 10 Тесла. Когда аксионы преобразуются в фотоны, частицы света можно обнаружить с помощью традиционного оборудования, чтобы показать, что аксионы существуют.
Однако ожидается, что преобразование будет крайне неэффективным, поэтому сигналы от преобразованных фотонов будут слабыми и легко замаскированными другими сигналами. До сих пор попытки измерить сигналы преобразованных фотонов не увенчались успехом.
Исследователи считают, что можно оптимизировать кристаллические конструкции и использовать их в экспериментах по обнаружению фотонов, преобразованных из аксионов в экстремальных условиях, таких как сильные магнитные поля. По их расчетам кристаллические структуры способны усиливать слабые сигналы фотонов, преобразованных в аксионы, но для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные исследования.
