Науковці створили найпотужніший у світі лазер для пошуку темної матерії

Вчені зробили ще один крок у пошуках темної матерії - загадкової субстанції, яка становить більшість маси Всесвіту, проте залишається невидимою. Міжнародна команда дослідників, зокрема з Оксфордського університету та Ради з науки та технологій Великої Британії (STFC), використовує для цього найпотужніший у світі рентгенівський лазер — Європейський вільноелектронний лазер (XFEL) у Гамбурзі. Вони намагаються знайти гіпотетичні частинки — аксіони, які можуть бути ключем до розгадки темної матерії.

Аксіони — це передбачені теоретично, але ще не виявлені елементарні частинки з надзвичайно малою масою. В експерименті вчені застосували метод «світло, що проходить крізь стіни». Інтенсивний рентгенівський промінь направляють через германієві кристали з потужним внутрішнім електричним полем, яке дозволяє фотонам перетворюватися на аксіони і назад. Далі на шляху випромінювання встановлюють титанову пластину, що блокує фотони, але не аксіони. Якщо вони існують, то пройдуть крізь перешкоду і на іншому боці знову перетворяться на фотони, які можна зафіксувати.

За даними пресрелізу, цей експеримент уже демонструє чутливість до аксіонів, порівнянну з іншими дослідженнями на прискорювачах. «Ця робота підкреслює універсальність технології XFEL у розв’язанні фундаментальних питань фізики та розширенні наших уявлень про Всесвіт», — зазначив провідний автор дослідження, доктор Джек Голлідей з STFC. Вчені сподіваються, що подальші експерименти зможуть дослідити аксіони в масовому діапазоні, передбаченому квантовою хромодинамікою (QCD) — теорією, яка описує сильну взаємодію між кварками та глюонами.

Пошуки аксіонів пов’язані ще з однією давньою загадкою фізики — відсутністю електричного дипольного моменту в нейтрона, хоча він складається із заряджених кварків. Це свідчить про прихований механізм, і аксіони можуть пояснити його. Якщо їх існування підтвердиться, це стане доказом фізики за межами Стандартної моделі - чинної теорії елементарних частинок.

Крім того, аксіони є одним із головних кандидатів на роль частинок темної матерії, яка формує структуру Всесвіту, але не взаємодіє зі світлом і тому залишається невидимою для телескопів. Вони слабо взаємодіють і мають малу масу, що відповідає очікуваним властивостям темної матерії. Раніше інша група вчених висунула припущення, що аксіони можуть утворювати хмари навколо нейтронних зір. Якщо це так, їх можна буде виявити за допомогою радіосигналів, що допоможе краще зрозуміти природу темної матерії.