Эксперименты с атомными часами помогли физикам сузить поле поисков сверхлегкой темной материи

Физики в Германии исследовали возможное влияние частиц светлой и темной материи на сверхточные атомные часы и, таким образом, смогли исключить возможность существования большого количества таких частиц в очень широком диапазоне масс. Об этом сегодня сообщает пресс-служба немецкого Физико-технического федерального института (PTB).

 

«Сверхлегкие частицы темной материи, если они существуют, должны генерировать колебания в измеренных значениях постоянной тонкой структуры — фундаментальной константы, отражающей силу электромагнитных взаимодействий. Опираясь на эту идею, специалисты PTB попытались найти эти колебания при помощи сверхточных атомных часов. Отсутствие этих флуктуаций в значении постоянной тонкой структуры значительно сузило поле поисков легкой темной материи, — сказано в размещенном сообщении.

 

Нильс Хунтеманн с группой физиков исключили возможность существования большого списка таких сверхлегких частиц темной материи в ходе длительных наблюдений за возможными взаимодействиями этого вещества с обычными светлыми частицами и окружающим их пространством.

 

В этих экспериментах ученые предполагали, что аксионы и другие виды сверхлегкой темной материи особым образом взаимодействуют с фотонами. Их взаимодействия изменяют значение постоянной тонкой структуры, влияющей на строение тех энергетических уровней атомов, которые служат своеобразным «маятником в работе атомных часов.

 

С этой идеей ученые в течение 235 дней наблюдали за работой двух атомных часов на основе ионов иттербия и стронция. Исследователям не удалось идентифицировать в генерируемых ими сигналах характерные синусоидальные колебания, которые должны возникать при работе «маятников атомных часов в условиях сверхсветлой тьмы.

 

По мнению ученых, отсутствие таких периодических колебаний в работе атомных часов исключает возможность существования большого количества разновидностей сверхлегких частиц темной материи, масса которых на два-три десятка порядков меньше массы массы электронных частиц. Хантеманн и его коллеги пришли к выводу, что это значительно ускорит и упростит поиск топоров и других форм яркой темной материи в будущем.

 

Хотя ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня являются предметом нарастающих споров среди физиков. Дело в том, что за последние два десятилетия исследователи не нашли доказательств того, что это так называемые вимпы — сверхтяжелые и холодные частицы, которые ничего не делают, кроме как притягивают видимые сгустки материи.

 

Их неудачный поиск заставил многих космологов поверить в то, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, сходных по массе и свойствам с нейтрино. Их первый поиск также не увенчался успехом, но три года назад детектор XENON 1T обнаружил первое возможное свидетельство существования этой формы темной материи. Но в прошлом году ученые поставили под сомнение эти результаты после анализа первых данных с более мощного объекта XENONnT.