ГАЛИЛЕО: Ученые предлагают новый метод поиска легкой темной материи
Эти частицы обычно подавляют взаимодействие со стандартной моделью, что затрудняет их обнаружение. Однако знание их характеристик, в том числе их волнового поведения и когерентной природы в галактических масштабах, помогает разрабатывать более эффективные эксперименты.В новом исследовании PRL исследователи из Университета Мэриленда и Университета Джона Хопкинса предложили галактический аксионный лазерный интерферометр, использующий электрооптику или GALILEO, новый подход для обнаружения как аксионной, так и темной фотонной темной материи в широком диапазоне масс.
Ведущий исследователь Реза Эбади, аспирант Центра квантовых технологий (QTC) Университета Мэриленда, рассказал Phys.org об исследовании и мотивации разработки этого нового подхода: «Хотя стандартная модель обеспечивает успешное объяснение явлений, начиная от субъядерных расстояний до размеров Вселенной, это не полное объяснение природы».
«Он не может объяснить космологические наблюдения, из которых делается вывод о существовании темной материи. Мы стремимся получить представление о физических теориях, действующих в галактических масштабах, с помощью небольших лабораторных экспериментов».
Аксионы и аксионоподобные частицы
Аксионы и аксионоподобные частицы изначально были предложены для решения проблем физики элементарных частиц, таких как проблема сильной зарядного сопряжения (CP). Эта проблема возникает из наблюдения, что сильное взаимодействие, по-видимому, не демонстрирует особого типа нарушения симметрии, называемого CP-нарушением, в той степени, в какой это предсказывает теория.
Эта теоретическая основа естественным образом приводит к появлению аксионоподобных частиц, которые имеют сходные с аксионами свойства, причем оба являются бозонами.
Предполагается, что аксионы и аксионоподобные частицы будут иметь очень малую массу, обычно в пределах от микроэлектронвольтов до миллиэлектронвольтов. Это делает их подходящими кандидатами на роль легкой темной материи, поскольку они могут демонстрировать волновое поведение в галактических масштабах.
Помимо малой массы, аксионы и аксионоподобные частицы очень слабо взаимодействуют с обычным веществом, что затрудняет их обнаружение обычными средствами.
Вот некоторые причины, по которым исследователи решили обнаружить эти частицы в своей экспериментальной установке. Однако метод основан на колебательных электрических полях, создаваемых этими частицами.
В регионах со значительной плотностью темной материи аксионы и щелочная фосфатаза могут испытывать когерентные колебания. Эти когерентные колебания могут порождать обнаруживаемые сигналы, такие как колебательные электрические поля, которые и призван измерить предлагаемый эксперимент GALILEO.