Фізики вперше створили імітацію частинки, яка може розкрити секрет невидимого Всесвіту

Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Interesting Engineering.

З чого складається темна матерія, яка допомагає формувати галактики, і утримує їх разом, досі невідомо. Саму темну матерію також ніколи не бачили безпосередньо, але фізики бачать її гравітаційний вплив на звичайну матерію, з якої складається все, що нас оточує, зокрема й зірки, з яких складаються галактики. Одним із головних кандидатів на роль частинки темної матерії є аксіон. Це гіпотетична частинка, яка не входить до Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Під час експерименту фізики змогли створити найпереконливішу імітацію аксіона в тонкому аркуші матеріалу, що дає можливість вивчити потенційні властивості гіпотетичної частинки темної матерії.

Аксіоноподібні квазічастинки виникають зі скоординованого руху кількох частинок у матеріалі, створюючи те, що називається квазічастинкою. Фізики кажуть, вони поводяться майже точно так само, як і аксіон. І поки ця частинка не виявлена, її поведінку можна досліджувати за допомогою імітаційної квазічастинки.

Протягом 15 років, після того, як вперше було запропоновано теорію про існування аксіонних квазічастинок, фізики намагалися їх створити, але всі спроби були безуспішними. Тепер же вченим це вдалося за допомогою матеріалу, зробленого з тонких шарів телуриду марганцю-вісмуту, який було вперше синтезовано 6 років тому. Цей матеріал має унікальну властивість, за якої електричні та магнітні поля нерозривно пов'язані.

Коли електричне поле створюється в аркуші телуриду марганцю-вісмуту, воно спричиняє намагнічування. Аксіонна квазічастинка утворюється, коли взаємодія між електричним полем і намагніченістю коливається за певною схемою з плином часу. Ця поведінка відображає поведінку справжніх аксіонів, які теоретично також пов'язують електрику і магнетизм, кажуть фізики.

Теоретично, коли аксіон взаємодіє з сильним магнітним полем, він може трансформуватися в електричне поле, що коливається, ефективно створюючи частинку світла фотон. Вчені створили аксіонну квазічастинку за допомогою лазера для створення магнона, магнітної хвилі, яка проходить через матеріал.

Потім фізики вивчили намагніченість матеріалу. Вони виявили коливання у взаємодії між електричним полем і намагніченістю з плином часу, що є визначальною характеристикою аксіона.

Раніше фізики виявляли непрямі докази, що припускають наявність аксіонних квазічастинок у різних матеріалах, але не було доказів для підтвердження їхнього існування. Тепер же вчені заявили, що ці докази отримано.

За словами вчених, телурид марганцю-вісмуту можна використовувати для створення детектора, який міг би виявити справжні аксіони, якщо вони дійсно існують.

Коли аксіон потрапляє в магнітне поле, що оточує матеріал, він може перетворитися на фотон. Потім цей фотон буде взаємодіяти з аксіонною квазічастинкою, посилюючи сигнал. Це посилення має вирішальне значення для виявлення гіпотетичного аксіона.

Таким чином нове відкриття наближає фізиків до потенційного виявлення частинок темної матерії, які заповнюють майже весь Всесвіт.

Як уже писав Фокус, хіміки розкрили секрет молекул води і знайшли спосіб створити дешеве водневе паливо. Вчені змогли пояснити неефективність розщеплення молекул води і з'ясували, як це змінити.