Физики впервые создали имитацию частицы, которая может раскрыть секрет невидимой Вселенной

Исследование опубликовано в журнале Nature, пишет Interesting Engineering.

Из чего состоит темная материя, которая помогает формировать галактики, и удерживает их вместе, до сих пор неизвестно. Саму темную материю также никогда не видели напрямую, но физики видят ее гравитационное влияние на обычную материю, из которой состоит все, что нас окружает, в том числе и звезды, из которых состоят галактики. Одним из главных кандидатов на роль частицы темной материи является аксион. Это гипотетическая частица, которая не входит в Стандартную модель физики элементарных частиц.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Во время эксперимента физики смогли создать саму убедительную имитацию аксиона в тонком листе материала, что дает возможность изучить потенциальные свойства гипотетической частицы темной материи.

Аксионоподобные квазичастицы возникают из скоординированного движения нескольких частиц в материале, создавая то, что называется квазичастицей. Физики говорят, они себя почти точно так же, как и аксион. И пока эта частица не обнаружена, ее поведение можно исследовать с помощью имитационной квазичастицы.

В течение 15 лет, после того, как впервые была предложена теория о существовании аксионных квазичастиц, физики пытались их создать, но все попытки были безуспешными. Теперь же ученым это удалось с помощью материала, сделанного из тонких слоев теллурида марганца-висмута, который был впервые синтезирован 6 лет назад. Этот материал обладает уникальным свойством, при котором электрические и магнитные поля неразрывно связаны.

Когда электрическое поле создается в листе теллурида марганца-висмута, оно вызывает намагничивание. Аксионная квазичастица образуется, когда взаимодействие между электрическим полем и намагниченностью колеблется по определенной схеме с течением времени. Это поведение отражает поведение настоящих аксионов, которые теоретически также связывают электричество и магнетизм, говорят физики.

Теоретически, когда аксион взаимодействует с сильным магнитным полем, он может трансформироваться в колеблющееся электрическое поле, эффективно создавая частицу света фотон. Ученые создали аксионную квазичастицу с помощью лазера для создания магнона, магнитной волны, которая проходит через материал.

Затем физики изучили намагниченность материала. Они обнаружили колебание во взаимодействии между электрическим полем и намагниченностью с течением времени, что является определяющей характеристикой аксиона.

По словам ученых, теллурид марганца-висмута можно использовать для создания детектора, который мог бы обнаружить настоящие аксионы, если они действительно существуют.

Когда аксион попадает в магнитное поле, окружающее материал, он может превратиться в фотон. Затем этот фотон будет взаимодействовать с аксионной квазичастицей, усиливая сигнал. Это усиление имеет решающее значение для обнаружения гипотетического аксиона.

Таким образом новое открытие приближает физиков к потенциальному обнаружению частиц темной материи, которые заполняют почти всю Вселенную.

Как уже писал Фокус, химики раскрыли секрет молекул воды и нашли способ создать дешевое водородное топливо. Ученые смогли объяснить неэффективность расщепления молекул воды и выяснили, как это изменить.