Важливі новини щодня — додайте «Експерт» в улюблені джерела Google
Фізики запропонували використовувати всю Землю як величезний природний детектор для пошуку частинок темної матерії. Під час аналізу геомагнітних даних дослідники виявили кілька стійких сигналів, походження яких поки не вдалося встановити.
Новий метод призначений для пошуку аксіонів і темних фотонів — гіпотетичних частинок, які розглядають серед можливих складників темної матерії.
За припущеннями фізиків, через надзвичайно малу масу такі частинки можуть поводитися не як окремі об’єкти, а як слабке хвильове поле, що постійно коливається навколо Землі.
Земля працює як величезний резонатор
Ключову роль у новому методі відіграє простір між поверхнею планети та електропровідною іоносферою. Він утворює природний резонатор, здатний підсилювати електромагнітні хвилі певних частот.
Саме завдяки цьому ефекту теоретично можна виявити надзвичайно слабкі електромагнітні збурення, які могла б створювати темна матерія.
Керівник дослідження Ацуші Таруя пояснив, що величезний масштаб такого природного детектора дає фізикам незвичайні можливості. Простір між Землею та іоносферою може підсилювати хвилі саме в тому діапазоні, який цікавить дослідників.
Розроблена фізиками модель описує поведінку потенційних сигналів на частотах до 30 Гц. Найсильніше підсилення очікується поблизу 8 Гц.
Перевірили десять років спостережень
Щоб перевірити свою модель на реальних даних, команда взяла записи геомагнітних спостережень за десять років — із 2012-го до 2022 року.
Дані отримали в обсерваторії Ескдалемуїр у Шотландії. Дослідники намагалися прибрати техногенні перешкоди, а потім шукали стабільні вузькосмугові коливання.
Такі сигнали становлять особливий інтерес, оскільки потенційний слід темної матерії мав би зберігатися протягом тривалого часу, на відміну від короткочасних природних явищ або техногенних перешкод.
Аксіони й темні фотони мають видавати себе по-різному
Модель дозволяє розрізняти два типи гіпотетичних частинок за характером сигналу.
Для появи сигналу від аксіонів потрібне магнітне поле Землі. Через це його сила та напрямок повинні змінюватися залежно від місця спостереження. Розрахунки показують особливо високу чутливість у Південно-Східній Азії.
Темні фотони поводилися б інакше. Оскільки для виникнення відповідного сигналу їм не потрібне зовнішнє магнітне поле, він мав би проявлятися значно рівномірніше в різних частинах планети.
Фізики натрапили на загадкові сигнали
Аксіони під час аналізу безпосередньо виявити не вдалося. Проте навіть відсутність підтвердженого сигналу дала науковцям змогу приблизно у 100 разів посилити попередні наземні обмеження на взаємодію цих частинок зі світлом.
Отримані результати виявилися конкурентними навіть порівняно з даними орбітальних рентгенівських телескопів Chandra та NuSTAR.
Несподіваніший результат дав пошук темних фотонів. Дослідники зафіксували кілька стійких сигналів-кандидатів, характеристики яких потенційно можуть відповідати шуканому явищу.
Однак називати їх слідами темної матерії поки не можна. Сигнали можуть пояснюватися невідомими природними чинниками, особливостями роботи обладнання або іншими перешкодами.
Тепер фізикам потрібні дані з геомагнітних обсерваторій у різних частинах світу. Якщо однаковий сигнал одночасно проявлятиметься на великій території, це допоможе відрізнити глобальне явище від локальних перешкод.
