Японские физики разрабатывают технологию для обнаружения аксионной темной материи.
Ключевые выводы
- Физики из Токийского университета планируют использовать лазеры для обнаружения аксионов.
- Аксионы - теоретические частицы, которые могут быть компонентами темной материи.
- Темная материя - таинственное вещество, которое может составлять до 27% Вселенной.
Японские физики предлагают модификации существующего оборудования, которые могли бы позволить им определять аксионы, гипотетические частицы, которые могут быть компонентами темная материя. Темная материя, загадочная теоретическая субстанция, которая, как считается, составляет около 27% всей материи во Вселенной, еще не изучена. наблюдать непосредственно.
Ученые надеются отследить неуловимые аксионы с помощью экспериментов с лазерами.
Трудность обнаружения темной материи заключается в том, что она состоит, как думают многие физики, из слабо взаимодействующих массивных частиц или вимпов, возникших в ранней Вселенной. Хотя мы не выяснили, как обнаружить эти частицы напрямую, взаимодействуя с обычной материей, мы смогли предсказать их существование по гравитационным эффектам, которые они оказывают во Вселенной.
Знаменитый Большой адронный коллайдер в Швейцарии использовался для поиска вимпов, и теперь новый подход из Японии надеется использовать обсерваторию KAGRA для обнаружения темной материи путем отслеживания аксионов.
KAGRA расшифровывается как Детектор гравитационных волн Камиока. Эта первая крупная обсерватория гравитационных волн в Азии расположена глубоко под горой Камиока. шахта в японской префектуре Гифу.
Доцент Юта Мичимура с факультета физики Токийского университета, который руководит проектом KAGRA, объяснил, что, поскольку аксионы легкие и не взаимодействуют с нормальной материей, они хорошие кандидаты на темную материю.
Интересно, что он также подсчитал количество темной материи, заявив, что ее количество внутри нашей планеты будет весить столько же, сколько белка-
«Мы не знаем массу аксионов, но обычно думаем, что их масса меньше, чем у электронов», - сказал Мичимура. «Наша Вселенная заполнена темной материей, и, по оценкам, внутри Земли содержится 500 граммов темной материи, что примерно равно массе белки».
Предлагаемый инструмент для поиска темной материи аксиона.
Как вы понимаете, обнаружить такие частицы - непростая задача. Физики должны выяснить, как заставить частицы проявлять себя через их сигнатуры.
Кодзи Нагано, аспирант Института исследования космических лучей Токийского университета, говорит, что их модели показывают, что аксионы влияет на поляризацию света,который описывает геометрическую ориентацию колеблющихся электромагнитных волн.
Их метод нахождения аксионов основан на этом открытии.
«Эта поляризационная модуляция может быть усилена, если свет много раз отражается назад и вперед в оптическом резонаторе, состоящем из двух параллельных зеркал, расположенных на расстоянии друг от друга», - далее излагает свой подход Нагано.
Лучшими примерами таких полостей, по словам исследователя, являются длинные туннели гравитационно-волновых обсерваторий.
«Существуют убедительные астрофизические и космологические доказательства существования темной материи, но вопрос «Что такое темная материя?» - одна из самых больших нерешенных проблем в современной физике», - сказал Нагано.«Если мы сможем обнаружить аксионы и с уверенностью сказать, что они представляют собой темную материю, это будет действительно захватывающее событие. Это то, о чем мечтают такие физики, как мы».
Команда предлагает планы по недорогой модификации существующих обсерваторий, таких как KAGRA или Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) в США, для поиска аксионов. План, по словам Мичимуры, состоит в том, чтобы добавить «поляризационную оптику перед фотодиодными датчиками в детекторах гравитационных волн».
Дополнительное преимущество идеи в том, что она не требует строительства совершенно новых объектов. Модернизация лабораторий гравитационных волн не помешала бы их первоначальным задачам - поиску гравитационных волн. Но новая функциональность откроет новую главу в поисках темной материи.
В исследовании приняли участие Кодзи Нагано, Томохиро Фудзита, Юта Мичимура и Иппей Обата.