В чем мнение общественности и ученых едино, так это в том, насколько обескураживает нас поиск темной материи. Поскольку мы не можем , используя наши современные методы, что делать дальше? Где взять данные, чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу? Когда мы говорим, что темной материи может не существовать, где-то в мире от грусти и ненависти к нам умирает один ученый. (На самом деле нет). Но тройка ученых из Массачусетского технологического института наверняка что-то подобное ощутила, иначе зачем бы ей принимать новую тактику в исследовании темной материи.
Ученые планируют использовать технологию, лежащую в основе МРТ, чтобы создать карманный магнетар — самый мощный магнитный объект во Вселенной — в лабораторных условиях. Миниатюрную установку магнетара назвали ABRACADABRA (расшифровывать не будем, там много страшных слов). Джесси Талер, Бенджамин Сафди и Йонатан Кан планируют использовать свою устройство для поиска гипотетической частицы аксиона, которая может взаимодействовать с магнитными полями. Вроде тех, одно из которых будут строить ученые. Такой подход, по их мнению, поможет выйти на след темной материи. А также решить вопрос проблемы зарядового сопряжения (четности) в физике частиц.
Идея заключается в том, чтобы обернуть магнитометр серией магнитных катушек, завернуть в лист сверхпроводника и запихнуть все это в специально построенный криогенный холодильник — здесь должна быть неуместная шутка про шаурму. Затем установку включат и будут следить за магнитным полем. В присутствии аксионов, магнитное поле, созданное «шаурмой», будет слегка колебаться. Транзит аксиона через B-поле мини-магнетара приведет к тому, что появится крошечное второстепенное магнитное поле. Ученые уверены, что смогут поймать это крошечное поле и раскачать, чтобы узнать таким образом точный вид B-поля их собственного мини-магнетара. Если они его найдут, они смогут оценить и размер аксиона.
И раз уж мы дошли до самого главного, давайте вспомним, почему вообще кому-то вздумалось найти эти самые аксионы.
Если оригинальная теория Печчеи — Квинн справедлива, аксионы насыщают пространство подобно нейтрино: легкие, крошечные, вездесущие. Но в нашей модели субатомных частиц есть проблема тонкой настройки. А именно: слабая ядерная сила не подчиняется ожидаемому балансу зарядовой четности. Эта проблема называется сильной CP-проблемой (нарушение CP-инвариантности).
Нейтроны тоже ведут себя не так, как предсказывает теория: «Мы не ждем, что нейтроны будут ускоряться в присутствии электрического поля, потому что не несут электрический заряд, но думаем, что они будут вращаться», говорит Сафди. Потому что у них есть электрический дипольный момент — принцип запрета Паули диктует, что составные заряды нейтроны должны быть разделены пространства и, следовательно, удалены от центра. Но нейтроны, похоже, не имеют ожидаемого диполя, что странно.
«Сильная CP-проблема связана с тем, отвечает ли спин нейтрона на электрические эффекты, и с этой позиции можно представить магнетар как один гигантский спин с большими магнитными полями», объясняет Талер. Аксионы, обнаруженные «Абракадаброй», могут дать ответ на оба вопроса. Частицы также могут быть поняты через динамику полей, а обнаружение недостающих взаимодействий позволит решить проблему CP и проблему вращения нейтрона.
Эти эксперименты также могут оказать влияние на вопрос темной материи. Хотя вы как о кандидатах на частицы темной материи, ученые тихо поговаривают об аксионах еще с 1970-х годов. У аксионов, в теории, много общего с вимпами. Подобно вимпам, аксионы должны быть слабовзаимодействующими и ультралегкими, с массой в одну квадриллионную или квинтиллионную долю массы протона.
«У нас есть инструмент, который чувствителен ко многим длинам волн, и мы можем щекотать его аксионом одной определенной длины волны, чтобы ABRACADABRA резонировал», говорит Талер. Если этот мини-магнетар действительно найдет аксионы и если их масса будет в пределах ожидаемого диапазона, такому исследованию не будет цены.
Комментарии (0)