Темна матерія - таємнича речовина. Є думка, що темна матерія оточує нас - якщо вона існує, але той факт, що вона невидима, робить її досить складною. Замість того, щоб намагатися її побачити, дослідники з Стокгольмського університету розробили експеримент, щоб замість цього її прослухати, використовуючи те, що вони називають «аксійне радіо».
Понад 85 відсотків усієї матерії у всесвіті відомо лише завдяки гравітаційній взаємодії зі звичайною матерією. Цей таємничий матеріал, званий темною матерією, ще належить виявити. За останні роки було проведено багато різних експериментів, щоб спробувати вловити сигнали від різних передбачуваних частинок темної матерії.
Останніми роками детектор частинок HADES виключив «темні фотони» як кандидата, а LUX і XENON1T нічого не показали під час пошуку масивних частинок (WIMP).
Але одне пояснення, яке все ще можливе, - гіпотетична елементарна частинка, звана аксіон. Вважається, що аксіони не будуть дискретними частинками, а діють як хвилі, що поточні по всьому простору і рідко взаємодіють зі звичайною матерією. Зокрема, аксіони, як вважають, мають слабкі - але виявляються - взаємодії з електрикою і магнетизмом, і через це може бути вони в кінцевому підсумку проявлять себе.
Стокгольмські дослідники розробили новий експеримент, який міг би прислухатися до таких взаємодій. Детектор складатиметься з камери, заповненої холодною плазмою, з безліччю надтонких проводів, більш тонких, ніж людське волосся. Вся конструкція буде укладена у великий потужний магніт.
Ідея полягає в тому, що всередині цього магнітного поля будь-які аксиони, що проходять через нього, будуть створювати невелике електричне поле. Це, своєю чергою, призведе до коливань у плазмі, які потім можуть бути виявлені як свідчення самих аксіонів. Переміщуючи дроти ближче один до одного або далі один від одного, цей пристрій можна налаштувати як радіо, щоб знайти правильну частоту аксіонів.
Запропонована конструкція відрізняється від попередніх спроб знайти аксіони. Кілька років тому експеримент nEDM перевірив, чи змінять своє обертання нейтрони, що знаходяться в дуже контрольованому середовищі, вільному від перешкод, з часом. Якщо це так, це може бути свідченням роботи аксіонів. В іншому експерименті під назвою ABRACADABRA використовувався кільцевий магніт. Технічно в центрі не повинно бути магнітного поля - але якщо аксіони «плавають» всюди, вони можуть створити його в цій мертвій зоні.
Обидва ці експерименти показали негативні результати. Але нульовий результат не обов'язково виключає існування аксіонів - це просто означає, що вони можуть мати менші маси або більш слабкі взаємодії. Перевага нового експерименту в тому, що холодна плазма посилює будь-який потенційний сигнал, тому ці слабші взаємодії можуть бути виявлені. Дослідники кажуть, що їхня система також може бути порівняно легко розширена.
«Це абсолютно новий спосіб пошуку темної матерії, і він допоможе нам знайти одного з найсильніших кандидатів у темну матерію в областях, які повністю не досліджені», - говорить Олександр Міллер, автор дослідження. «Створення перебудовуваної плазми дозволило б нам проводити набагато кращі експерименти, ніж традиційні методи, даючи більш сильні сигнали на високих частотах».
Хоча конструкція поки залишається теоретичною, концепція вже розробляється для практичних експериментів, заснованих на цій ідеї. Дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters.