Открытие аксиона поможет понять загадочные свойства темной материи

Темная материя, которую часто называют невидимым клеем космоса, давно озадачивает ученых. Эта загадочная субстанция, составляющая почти 85% массы Вселенной, остается одной из самых значительных тайн современной физики.

Недавнее прорывное исследование, в котором значительный вклад внесла профессор физики Шербрукского университета Майя Вергниори, сделало значительный шаг к решению этой космической загадки и раскрыло свойства темной материи.

Что за темная материя

Темная материя — это необнаруживаемая форма материи, которая не взаимодействует со светом, что делает ее невидимой для обычных методов наблюдения.

Ученые предполагают ее существование по гравитационным эффектам, например, по ее роли в удержании галактик вместе и изгибании света от далеких небесных объектов.

Концепция темной материи была впервые предложена в 1930-х годах, чтобы объяснить, почему наблюдаемая масса Вселенной недостаточна для учета ее гравитационного поведения.

Открытие Эдвина Хаббла в 1929 году, показавшее, что Вселенная расширяется, еще больше подчеркнуло эту загадку.

Скорость расширения намного превышает наблюдаемую массу, что указывает на наличие невидимой силы или вещества — темной материи.

Прорыв в исследовании аксионов

Согласно одной из ведущих гипотез, темная материя состоит из аксионов — гипотетических субатомных частиц, которые не удается обнаружить уже более четырех десятилетий.

Международная исследовательская группа, в которую входит Вергниори, продемонстрировала, что естественные частицы могут имитировать поведение аксионов. Это важнейший шаг на пути к доказательству их существования.

Исследование было сосредоточено на специально разработанных геометрических кристаллических структурах из иттрий-железного граната, синтетического материала, известного своими магнитными и оптическими свойствами.

В этих структурах фотоны демонстрировали контролируемое движение вдоль граней, двигаясь в одном направлении без рассеяния. Теоретически такое поведение отражает движение аксионов в аналогичных условиях.

Преодоление разрыва между теорией и наблюдениями

Движение фотонов в этих кристаллах хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями об аксионах, предлагая потенциальный метод их обнаружения.

Следующий шаг — оптимизация этих кристаллов для экспериментов в экстремальных условиях, например, в сильных магнитных полях, чтобы наблюдать превращение аксионов в фотоны.

Такие эксперименты могут окончательно подтвердить существование аксионов, открыв новое понимание свойств темной материи.

Потенциальные технологические достижения

Полученные результаты также перспективны для практического применения. Способность кристаллов направлять фотоны с высокой точностью может улучшить системы передачи данных и продвинуть технологии квантовых вычислений, минимизировав ошибки.

Эти технологические преимущества подчеркивают более широкое влияние исследований темной материи на науку и промышленность.

Проливая свет на свойства темной материи

Изучение свойств темной материи имеет решающее значение для понимания фундаментального состава Вселенной.

Хотя ее гравитационные эффекты хорошо задокументированы, ее точный состав остается умозрительным. Возможность формирования темной материи аксионами могла бы объяснить многие нерешенные вопросы о космосе.

Данное исследование представляет собой поворотный шаг на долгом пути. Разгадав тайны темной материи, ученые смогут лучше понять силы, формирующие Вселенную, — от образования галактик до расширения самого космоса.

Эта веха приближает человечество к раскрытию одного из самых глубоких секретов Вселенной, прокладывая путь к более глубокому пониманию скрытых сил, управляющих нашей реальностью.

Ранее ученые подтвердили закон Ньютона на примере элементарных частиц.

Иллюстрация: нейросеть.

15.01.2025