Вчені використали Землю для пошуку темної матерії та виявили кілька загадкових сигналів
Вчені використали магнітне поле та атмосферу Землі як планетарний детектор для пошуку одних із найлегших гіпотетичних форм темної матерії. Новий підхід дозволив суттєво посилити обмеження на властивості ультралегких аксіонів, а також виявити кілька загадкових сигналів, які можуть бути пов’язані з так званими темними фотонами.
Темна матерія залишається однією з найбільших нерозгаданих загадок сучасної фізики. Астрономи мають вагомі докази її існування та вважають, що на неї припадає близько чверті загального енергетичного вмісту Всесвіту. Водночас досі невідомо, з яких частинок вона складається.
Серед можливих кандидатів – гіпотетичні частинки, відомі як ультралегкі аксіони та темні фотони. У діапазоні мас, який досліджували науковці, вони були б надзвичайно легкими – приблизно у 10¹⁹–10²¹ разів легшими за електрон.
Земля як детектор
Традиційні експерименти з пошуку аксіонів намагаються перетворити їх на фотони за допомогою надзвичайно потужних магнітних полів у лабораторіях. Однак такі установки охоплюють порівняно невелику область простору.
Дослідники з Кіотського, Хіросімського та Ніхонського університетів запропонували використати натомість природне магнітне середовище Землі.
Вони звернули увагу на простір між поверхнею планети та іоносферою. Ця область може поводитися як природний резонатор, посилюючи електромагнітні хвилі певних частот.
“Ми запитали себе, чи можемо використати саму Землю як гігантський детектор у пошуку”, – розповів провідний автор дослідження Ацусі Таруя.
За словами науковців, порожнина між Землею та іоносферою може посилювати сигнали саме в діапазоні, який становить інтерес для пошуку ультралегких частинок.
Вчені розширили діапазон пошуку
Раніше теоретичні моделі дозволяли надійно описувати лише частоти нижче 1 Гц, через що значна частина потенційно важливого діапазону залишалася недослідженою.
Щоб подолати це обмеження, дослідники розробили нову теоретичну модель, яка враховує електропровідність атмосфери. Розрахунки показали, що порожнина Земля–іоносфера може посилювати сигнали поблизу 8 Гц, а модель дає змогу робити надійні прогнози приблизно до 30 Гц.
Модель також передбачає різницю між сигналами, які могли б створювати два кандидати на роль темної матерії.
Сигнал від аксіонів, за розрахунками, мав би змінюватися залежно від географічного розташування, причому найсильнішим він повинен бути в Південно-Східній Азії. Натомість сигнал від темних фотонів мав би бути приблизно однаковим у різних точках планети.
Проаналізували десятиліття магнітних даних
Щоб перевірити модель, дослідники проаналізували близько 10 років геомагнітних спостережень, зібраних у 2012–2022 роках обсерваторією Ескдалемюїр Британської геологічної служби.
Спочатку з даних вилучили штучні джерела шуму. Після цього вчені шукали стабільні сигнали, зосереджені у дуже вузькому діапазоні частот. Саме такий характер, за прогнозами, могла б мати темна матерія під час тривалих спостережень.
Після виявлення потенційних сигналів їх піддали статистичному аналізу.
Окремо дослідники перевірили дані на наявність темних фотонів. На відміну від аксіонів, вони, за теоретичними моделями, можуть створювати електромагнітні хвилі навіть без зовнішнього магнітного поля, тому очікуваний характер сигналу для них відрізняється.
Обмеження для аксіонів стали у 100 разів жорсткішими
Використання всієї Землі як детектора для певного діапазону мас аксіонів дозволило дослідникам встановити нові обмеження на силу їхньої взаємодії зі світлом.
За словами науковців, ці обмеження приблизно у 100 разів жорсткіші, ніж найкращий попередній результат наземного експерименту.
Вони також є конкурентними з обмеженнями, отриманими на основі астрофізичних спостережень у рентгенівському діапазоні, зокрема за допомогою космічних телескопів Chandra та NuSTAR. Водночас такі астрофізичні оцінки залежать від певних теоретичних припущень.
Виявили кілька загадкових кандидатів у сигнали
Найцікавішим результатом стала частина дослідження, присвячена темним фотонам.
Вчені виявили кілька кандидатів у сигнали, які потенційно можуть мати походження від темної матерії. Однак наразі невідомо, що саме їх спричинило.
Дослідники наголошують: ці сигнали не є підтвердженням існування темної матерії. Для цього необхідно встановити їхнє походження та виключити інші можливі пояснення.
Попри це, нова теоретична модель може стати інструментом для майбутніх пошуків. Використання природного електромагнітного середовища Землі фактично дозволяє перетворити всю планету на детектор частинок, які надзвичайно складно шукати традиційними лабораторними методами.
- Учені Йоркського університету з’ясували, що темна матерія, яку досі вважали абсолютно невидимою, може залишати ледь помітні “сліди” у кольорі світла. Вважається що світло, проходячи через області темної матерії, може набувати червоного або синього відтінку.
У Бангкоку майже 4 900 людей евакуювали до тимчасових притулків після кількох днів сильних злив. Повені зачепили близько 52 тисяч домогосподарств, а всі 50 районів столиці Таїланду оголосили зонами стихійного лиха.
Офіс президента Південної Кореї зажадав від України офіційних пояснень і вибачень через оприлюднення інформації про передачу до країни полонених військових КНДР. У Сеулі стверджують, що сторони заздалегідь домовилися не розголошувати ці дані.
Можлива повна заборона США на експорт дизельного пального стане серйозною проблемою для Великої Британії, заявив міністр бізнесу Джонатан Рейнольдс. Водночас він наголосив, що країна має диверсифіковані джерела постачання.
У Японії дедалі більше занедбаних і збиткових полів для гольфу перетворюють на майданчики для великих сонячних електростанцій. Через щільну забудову та гірський рельєф такі ділянки стали одним із небагатьох варіантів для масштабних енергетичних проєктів.
Російські війська протягом 27 вересня кількома хвилями атакували Київ безпілотниками. Станом на вечір у столиці відомо про одного загиблого та дев’ятьох постраждалих, а наслідки ударів і падіння уламків фіксували щонайменше у семи районах міста.