КОСМОС: Темную материю предложили искать при помощи гравитационных обсерваторий

Это не помешает основной работе подобных установок

Следы "легкой" темной материи можно обнаружить при помощи детекторов гравитационных волн, наблюдая за потенциальными искажениями в степени "закрученности" их лазерных лучей. К такому выводу пришли ученые из разны стран, которые опубликовали свою статью в научном журнале Physical Review Letters.

"Есть масса свидетельств на то, что темная материя существует, однако вопрос о том, что она из себя представляет, по-прежнему остается одной из самых больших проблем современной физики. Если мы обнаружим аксионы, частицы легкой темной материи, это станет эпохальным открытием, о котором мечтают все ученые", - отметил один из авторов исследования, Кодзи Нагано из Токийского университета.

ПОДАРКИ с принтом авиационной тематики--->>>

Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом ожесточенных споров. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков, что она состоит из так называемых "вимпов" - сверхтяжелых и холодных частиц, которые никак себя не проявляют, кроме как притягивая видимые скопления материи.

НА ЭТУ ТЕМУПространство волнуется раз. Зачем ловили гравитационные волны и как они изменят представление о Вселенной

Безуспешные поиски этих частиц заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, которые по массе и свойствам похожи на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, что породило еще больше дискуссий и альтернативных теорий, которые нужно проверить.

Нагано и его коллеги выяснили, как можно ускорить поиски аксионов и сделать их фактически бесплатными, используя уже существующие и строящиеся детекторы гравитационных волн - колебаний пространства-времени, которые исходят от массивных космических объектов. Как подчеркивают физики, для модификации этих установок - в частности, американской LIGO и европейской VIRGO - не нужно будет много времени и ресурсов. Кроме того, это не будет мешать наблюдениям обсерваторий.

Тень невидимки

Их идея основывается на простом наблюдении - если аксионы обладают теми свойствами, которые им приписывают разные теории, то они должны слабо, но взаимодействовать с фотонами, частицами света. Это будет проявляться не только в том, что частицы темной материи могут спонтанно превращаться в свет при попадании в сильные магнитные поля, но и в том, как аксионы воздействуют на свойства уже существующих фотонов.

"Теория говорит о том, что легкая темная материя может влиять на поляризацию света, то, в какую сторону осциллируют электромагнитные волны. Эти эффекты могут быть усилены в том случае, если свет находится и постоянно отражается внутри оптического резонатора, набора из двух зеркал. Самые большие установки такого рода есть внутри детекторов гравитационных волн", - объясняет Нагано.

Как показывают расчеты ученых, некоторые формы аксионов будут достаточно сильно влиять на поляризацию света. Это позволит обнаружить их при помощи LIGO и VIRGO, а также менее крупных детекторов гравитационных волн, таких как строящиеся Cosmic Explorer и KAGRA. Для этого, по словам Нагано, достаточно будет поляризовать лучи в них одним образом и наблюдать за тем, как будет меняться их "закрученность" со временем.

Все эти установки будут как минимум не уступать строящимся детекторам аксионов в чувствительности, а в некоторых случаях превзойдут их. Руководствуясь подобными соображениями, японские физики в ближайшее время попытаются реализовать эту идею на японском интерферометре KAGRA. Вдобавок они могут установить аналогичный набор поляризаторов и оптических инструментов на космическую гравитационную обсерваторию DECIGO, которая будет выведена в космос в 2027 году.