Астрономи визначили, скільки часу знадобиться на пошук темної матерії у Всесвіті

Вчені здійснили прорив у пошуку темної матерії — загадкової субстанції, що становить близько 85% маси Всесвіту, але не взаємодіє зі світлом і залишається невидимою. Новий експериментальний підхід може допомогти розкрити її природу протягом наступних 15 років. Команда дослідників запропонувала створити пристрій на основі так званої «аксіонної квазічастинки» — особливого збудження в матеріалі, яке імітує поведінку гіпотетичної частинки аксіона, одного з головних кандидатів на роль темної матерії.

Аксіони були запропоновані ще у 1980-х роках, але через надзвичайну слабкість їхніх сигналів наука не мала технічних можливостей для їх виявлення. Лише з 2010 року експерименти на кшталт ADMX (Axion Dark Matter Experiment) почали наближатися до чутливості, необхідної для реєстрації аксіонів. Новий пристрій, що працює на терагерцових частотах, має потенціал перевершити всі попередні спроби, оскільки дозволяє «налаштовуватися» на частоту аксіонів, подібно до радіоприймача.

Основою нового детектора є матеріал манган-бісмут-телурид, який має унікальні електронні та магнітні властивості. У ньому створюється квазічастинка, частота якої може збігатися з частотою реальних аксіонів. Якщо відбудеться збіг, матеріал випромінюватиме слабке світло — потенційний сигнал від темної матерії.

Перший прототип планують створити до 2030 року. Ще близько трьох років піде на проведення повномасштабного експерименту, вартість якого оцінюється в десятки мільйонів доларів. Вчені не виключають, що можуть виявити аксіони вже на ранніх етапах, однак надають реалістичний термін у 15 років для вичерпного дослідження.

Попри це, відкриття аксіона не гарантує остаточне розуміння темної матерії. Існує ймовірність, що темна матерія складається з кількох видів аксіонів або зовсім інших частинок. Наприклад, деякі з них можуть пояснити динамічну природу темної енергії або явища раннього Всесвіту, такі як космічна інфляція. У разі успішного виявлення аксіона вчені мають цілий план подальших досліджень, щоб з’ясувати, як саме він виник і з якими частинками взаємодіє.

У разі невдачі команда планує повернутися до пошуку в інших частотних діапазонах або вивчати інші варіанти аксіонів, яких, за прогнозами теорії струн, може існувати сотні. Це означає, що навіть часткове підтвердження наявності аксіонів стане гігантським кроком у розгадці однієї з найстаріших загадок космології.