Земля може стати гігантським детектором темної матерії: що знайшли вчені
Землю запропонували перетворити на гігантський детектор темної матерії. Фізики хочуть використати магнітне поле, атмосферу та поверхню планети для пошуку частинок, які досі ніхто не зміг зафіксувати.
Про це пише РБК-Україна, посилаючись на дослідження, опубліковане у науковому журналі PTEP під керівництвом Ацуші Таруї.
Земля як природний підсилювач
Новий підхід зосереджений на пошуку аксіонів та темних фотонів - гіпотетичних частинок, які можуть пояснити природу темної матерії.
Враховуючи їхню гіпотетичну масу, ці частинки поводяться не як окремі частинки, а як слабке хвильове поле, що постійно коливається навколо Землі.
Вчені пояснили: простір між поверхнею планети та електропровідною іоносферою створює природний резонатор, який здатен утримувати і підсилювати електромагнітні хвилі певних частот.
Ця порожнина підсилює надзвичайно слабкі збурення, які може створювати темна матерія.
Головний автор дослідження Ацуші Таруя зазначив, що масштаби планети дають безпрецедентні переваги для науковців.
"Ми досліджуємо, чи вийде використати саму Землю як гігантський детектор у цих пошуках. Порожнина між Землею та іоносферою працює як природний резонатор, що підсилює електромагнітні хвилі якраз у тому діапазоні мас, який ми прагнемо вивчити", - пояснив Таруя.
Аналіз геомагнітних даних за десятиліття
Нова теоретична модель дозволила розрахувати поведінку сигналів на частотах до 30 Гц із піковим підсиленням у районі 8 Гц.
Щоб перевірити гіпотезу, науковці проаналізували записи геомагнітних спостережень з 2012 по 2022 рік, отримані в обсерваторії Ескдалемуір у Шотландії.
Видаливши техногенний шум, дослідники шукали стабільні вузькосмугові коливання, які мають зберігатися роками, на відміну від коротких природних чи штучних сплесків.
Модель також передбачає чітку відмінність між частинками.
Сигнал аксіонів має змінювати інтенсивність і напрямок залежно від точки спостереження, оскільки для створення хвиль їм потрібне магнітне поле Землі (найвищу чутливість розрахунки показують у Південно-Східній Азії).
Сигнал темних фотонів має залишатися рівномірним по всій планеті, оскільки ці частинки не потребують зовнішнього магнітного поля.
Загадкові кандидати та нові межі
Прямого відкриття аксіонів під час аналізу не відбулося, проте відсутність підтвердженого сигналу дозволила встановити у 100 разів суворіші обмеження щодо їхньої взаємодії зі світлом, ніж під час попередніх наземних експериментів.
Ці дані стали конкурентоспроможними навіть порівняно з орбітальними рентгенівськими телескопами Chandra та NuSTAR.
Водночас пошук темних фотонів приніс неочікувані результати.
"Науковці виявили кілька стійких кандидатів у сигнали, які потенційно можуть відповідати темній матерії, хоча їх все ще можуть пояснювати невідомі екологічні фактори, поведінка обладнання або інші форми перешкод", - наголошують автори дослідження.
Для остаточних висновків знадобляться подальші спостереження з мережі геомагнітних обсерваторій по всьому світу, що дозволять відокремити справді глобальний сигнал темної матерії від локальних перешкод.