Разработан метаматериал, похожий по свойствам на легкую темную материю

МОСКВА, 4 июля. /ТАСС/. Физики из России подготовили новое теоретическое описание аксионного отклика, аналога свойств гипотетических частиц "легкой" темной материи, и разработали схему создания метаматериала - искусственной структуры из множества небольших элементов, который воспроизводит характеристики этой субстанции. Опыты с этим метаматериалом помогут раскрыть уникальные квантовые характеристики этой формы аксионов, сообщила ТАСС пресс-служба Университета ИТМО.

"Первые результаты показались настолько необычными и вызвали столько вопросов, что нам потребовалось два года, чтобы осознать и сформулировать новую концепцию. Не сомневаюсь, что эта работа задаст новое научное направление и еще приведет ко многим прорывным результатам", - пояснил ведущий научный сотрудник Университета ИТМО (Санкт-Петербург) Максим Горлач, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают исследователи, за последние несколько лет ученые по всему миру активно разрабатывают метаматериалы, обладающие так называемым аксионным откликом. Это проявляется в том, что поведение электрических зарядов внутри этих конструкций и их взаимодействия с частицами света описывается теми же уравнениями, которые физики используют для описания свойств гипотетических "легких" частиц темной материи.

Российские ученые выяснили, что очень похожим образом может себя вести еще одна форма аксионнного отклика, чьи электродинамические свойства описываются несколько другим набором уравнений, включающим в себя не только электрические, но магнитные заряды. Несмотря на то, что искусственные аналоги этих аксионов будут порождать те же оптические эффекты, как и "обычные" аксионы, внутри этих метаматериалов будут происходить совершенно иные физические процессы.

"Оказалось, что среда с дуальным аксионным откликом рассеивает падающий свет совершенно так же, как и среда с известным аксионным откликом. Поэтому, чтобы убедительно показать новую физику, нам понадобилось смоделировать взаимодействие материала с зарядами, помещенными внутрь", - пояснил аспирант Университета ИТМО (Санкт-Петербург) Эдуардо Барредо, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Проведенные учеными расчеты и моделирование помогли им разработать схему создания метаматериала, который воспроизводит данный отклик и позволяет однозначно отличать его от проявлений свойств "обычных" аксионов. Опыты с подобными конструкциями помогут физикам по-новому взглянуть на результаты уже известных экспериментов и создадут основу для новой области исследований в области квантовой механики, подытожили исследователи.

О легкой темной материи

Безуспешные поиски "тяжелой" темной материи заставляют космологов предполагать, что она на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, однако пять лет назад детектор XENON 1T открыл потенциальные свидетельства существования аксионов. В 2022 году ученые усомнились в этих выводах после анализа первых данных с более мощной установки XENONnT.