Японські вчені знайшли десятки загадкових сигналів у магнітному полі Землі

Японські фізики запропонували нетривіальний підхід до пошуку темної матерії — використати саму Землю як гігантський природний детектор. Проаналізувавши десятирічний архів даних про магнітне поле планети, дослідники виявили десятки сигналів, які теоретично відповідають ознакам надлегких гіпотетичних частинок — аксіонів і темних фотонів.

В основі ідеї лежить відомий фізичний ефект: простір між поверхнею Землі й іоносферою поводиться як колосальний електромагнітний резонатор. За словами фізика-теоретика Ацусі Таруї, ця природна система здатна підсилювати електромагнітні хвилі саме в тому діапазоні частот, який відповідає гіпотетичним масам частинок темної матерії.

Аксіони — один із головних кандидатів на роль темної матерії. Ці надлегкі частинки були запропоновані ще в 1970‑х роках для вирішення окремої проблеми у фізиці елементарних частинок, а пізніше виявилося, що за певної маси вони можуть пояснювати й приховану масу Всесвіту. У присутності сильного магнітного поля аксіони теоретично перетворюються на фотони — саме тому їх шукають поблизу нейтронних зір та інших об’єктів із потужними магнітними полями. Японські дослідники вирішили замінити штучний магніт геомагнітним полем самої Землі.

Для перевірки гіпотези команда вивчила дані магнітних спостережень Британської геологічної служби за 2012–2022 роки. Вчені шукали вузькі й стійкі сигнали на частотах, що відповідають можливим масам аксіонів. Після відсіювання фонових завад виявилося 65 потенційних кандидатів, а після застосування суворіших статистичних критеріїв — 25. Паралельний пошук темних фотонів дав спочатку 342 сигнали, із яких після жорсткішого фільтрування залишився 31.

Автори дослідження не стверджують, що відкрили нову частинку. Кожен із знайдених сигналів може мати цілком буденне природне або техногенне пояснення. Водночас різниця між двома гіпотезами дає конкретний спосіб їх перевірити: сигнал від аксіонів повинен залежати від характеристик геомагнітного поля й бути слабшим біля полюсів та помітно сильнішим у районі Південно-Східної Азії. Сигнал темних фотонів, навпаки, мав би однаково проявлятися в різних точках планети.

Проблема в тому, що всі використані дані надійшли лише з однієї обсерваторії у Великій Британії. Наступним кроком дослідники вважають одночасні спостереження на кількох геомагнітних станціях на різних континентах. Якщо той самий стійкий сигнал незалежно зафіксують у різних частинах світу й його інтенсивність змінюватиметься так, як передбачають теоретичні моделі, це суттєво зміцнить гіпотезу про зв’язок сигналів із темною матерією.

Головним підсумком роботи вчені самі називають не виявлення нової частинки, а демонстрацію незвичного методу пошуку. Геомагнітне поле разом з іоносферою фактично може виконувати роль природного детектора планетарного масштабу — і для цього не потрібно будувати жодної гігантської лабораторної установки.