|
Поиски сигналов преобразования темной материи
|
|
|
|
Темная материя, на долю которой, по прогнозам, приходится большая часть массы Вселенной, остается в высшей степени неуловимой. Физики искали различные частицы, которые могли бы стать многообещающими кандидатами в темную материю, такие как темные фотоны и аксионы, сосредоточившись на сигнатурах, связанных с их присутствием или взаимодействием с другими частицами при определенных условиях.
|
|
|
|
Исследователи из Женевского университета, ЦЕРНА и Римского университета Сапиенца недавно изучили возможность поиска частиц темной материи, сосредоточив внимание на их предсказанном преобразовании в низкочастотные радиоволны в ионосфере Земли. Их статья, опубликованная в журнале Physical Review Letters, может открыть новые возможности для будущих поисков темной материи, выделив область параметров, которая до сих пор оставалась неизученной.
|
|
|
|
"Многие исследователи рассматривали резонансное преобразование сверхлегкой темной материи (ULDM), такой как аксионы или темные фотоны, в фотоны стандартной модели в астрофизических средах", - сказал Карл Бидл, первый автор статьи Phys.org.
|
|
|
|
"Это было, например, исследовано на нейтронных звездах, в солнечной короне и даже на планетах нашей солнечной системы, таких как Юпитер. Мы спросили, может ли такой сигнал поступать к нам из нашей местной природной плазмы - ионосферы. Учитывая, что он очень хорошо контролируется и изучается, нам показалось, что это очень хорошее место для поисков".
|
|
|
|
|
|
|
В рамках теоретически обоснованных моделей большая часть или вся темная материя может состоять из аксионов или темных фотонов. Идея, предложенная Бидлом и его коллегами, заключается в том, что эти частицы могут превращаться в обычные фотоны в пределах ионосферы, что позволит обнаружить их с помощью доступных антенн на Земле.
|
|
|
|
"Резонансное преобразование происходит, если масса частиц темной материи совпадает по величине с частотой, характеризующей плазму", - объяснил Бидл. "Можно представить себе, что эта "плазменная частота" подобна количественной плотности свободных электронов в плазме, и поскольку эта плотность меняется с высотой в ионосферной плазме, это совпадение может произойти, если масса темной материи окажется где-то в нужном диапазоне".
|
|
|
|
Исследователи рассчитали коэффициент конверсии для предсказанного ими сигнала, учтя различные эффекты, которые могли бы его ослабить. Затем они сравнили фотоны, передающие этот сигнал, с шумом (т.е. несвязанными фотонами), которые могли бы достичь потенциальной антенны, чтобы оценить потенциал их подхода для обнаружения аксионов темной материи или темных фотонов в реальном эксперименте.
|
|
|
|
Их результаты свидетельствуют о том, что электрически малая дипольная антенна могла бы обнаружить предсказанный ими сигнал. Эта гипотеза может быть проверена в будущих экспериментах.
|
|
|
|
"Следует подчеркнуть, что мы считаем, что этот эксперимент был бы достаточно дешевым в производстве и проведении, и он позволяет экспериментально исследовать большую часть теоретического пространства", - сказал Бидл. "Кроме того, с этим предложением связана меньшая астрофизическая неопределенность, поскольку ионосфера настолько хорошо известна и обусловлена ее местоположением".
|
|
|
|
Недавнее исследование, проведенное этой командой исследователей, открывает новые возможности для изучения неизведанных областей пространства параметров темной материи. Бидл и его коллеги уже начали сотрудничать с другими физиками-экспериментаторами, чтобы спланировать будущие поиски темной материи на основе их прогнозов.
|
|
|
|
"Мы общались с различными экспериментальными группами, и у нас есть уже существующие данные, которые нужно проанализировать, чтобы найти наш сигнал", - добавил Бидл. "Есть и другие исследователи, заинтересованные в разработке нашего предложения. Сейчас мы очень рады возможности сотрудничать с экспериментаторами для проведения тестов, а также работать над улучшением расчетов сигнала".
|
|
|
|
Источник
|
