Все новости

Темную материю предложили искать при помощи гравитационных обсерваторий

Это не помешает основной работе подобных установок

МОСКВА, 18 сентября. /ТАСС/. Следы "легкой" темной материи можно обнаружить при помощи детекторов гравитационных волн, наблюдая за потенциальными искажениями в степени "закрученности" их лазерных лучей. К такому выводу пришли ученые из разны стран, которые опубликовали свою статью в научном журнале Physical Review Letters.

"Есть масса свидетельств на то, что темная материя существует, однако вопрос о том, что она из себя представляет, по-прежнему остается одной из самых больших проблем современной физики. Если мы обнаружим аксионы, частицы легкой темной материи, это станет эпохальным открытием, о котором мечтают все ученые", - отметил один из авторов исследования, Кодзи Нагано из Токийского университета.

Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом ожесточенных споров. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков, что она состоит из так называемых "вимпов" - сверхтяжелых и холодных частиц, которые никак себя не проявляют, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Безуспешные поиски этих частиц заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, которые по массе и свойствам похожи на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, что породило еще больше дискуссий и альтернативных теорий, которые нужно проверить.

Нагано и его коллеги выяснили, как можно ускорить поиски аксионов и сделать их фактически бесплатными, используя уже существующие и строящиеся детекторы гравитационных волн - колебаний пространства-времени, которые исходят от массивных космических объектов. Как подчеркивают физики, для модификации этих установок - в частности, американской LIGO и европейской VIRGO - не нужно будет много времени и ресурсов. Кроме того, это не будет мешать наблюдениям обсерваторий.

Тень невидимки

Их идея основывается на простом наблюдении - если аксионы обладают теми свойствами, которые им приписывают разные теории, то они должны слабо, но взаимодействовать с фотонами, частицами света. Это будет проявляться не только в том, что частицы темной материи могут спонтанно превращаться в свет при попадании в сильные магнитные поля, но и в том, как аксионы воздействуют на свойства уже существующих фотонов.

"Теория говорит о том, что легкая темная материя может влиять на поляризацию света, то, в какую сторону осциллируют электромагнитные волны. Эти эффекты могут быть усилены в том случае, если свет находится и постоянно отражается внутри оптического резонатора, набора из двух зеркал. Самые большие установки такого рода есть внутри детекторов гравитационных волн", - объясняет Нагано.

Как показывают расчеты ученых, некоторые формы аксионов будут достаточно сильно влиять на поляризацию света. Это позволит обнаружить их при помощи LIGO и VIRGO, а также менее крупных детекторов гравитационных волн, таких как строящиеся Cosmic Explorer и KAGRA. Для этого, по словам Нагано, достаточно будет поляризовать лучи в них одним образом и наблюдать за тем, как будет меняться их "закрученность" со временем.

Все эти установки будут как минимум не уступать строящимся детекторам аксионов в чувствительности, а в некоторых случаях превзойдут их. Руководствуясь подобными соображениями, японские физики в ближайшее время попытаются реализовать эту идею на японском интерферометре KAGRA. Вдобавок они могут установить аналогичный набор поляризаторов и оптических инструментов на космическую гравитационную обсерваторию DECIGO, которая будет выведена в космос в 2027 году.