Охота за темной материей продолжается. Существует множество теорий относительно того, что это может быть, но многие физики считают, что темная материя – это массивная частица со слабым взаимодействием, или WIMP.
Это означает, что он не взаимодействует легко с обычной материей. Мы знаем, что это правда, потому что это еще не было видно напрямую. Но он также должен иметь хотя бы некоторую массу, поскольку о его присутствии можно судить по его гравитационному притяжению.
Были предприняты огромные усилия по обнаружению темной материи вимпов, в том числе с помощью Большого адронного коллайдера в Швейцарии, но вимпы еще не наблюдались. Альтернативный кандидат, привлекающий внимание, – это аксион.
"Мы предполагаем, что аксион очень легкий и почти не взаимодействует с нашими привычными видами материи. Поэтому он считается хорошим кандидатом на роль темной материи », – сказал доцент Юта Мичимура с факультета физики Токийского университета. "Мы не знаем массы аксионов, но обычно думаем, что у них масса меньше, чем у электронов.
Наша Вселенная заполнена темной материей, и, по оценкам, на Земле содержится 500 граммов темной материи, что примерно равно массе белки."
Аксионы кажутся хорошим кандидатом на роль темной материи, но, поскольку они могут очень слабо взаимодействовать с обычной материей, их чрезвычайно трудно обнаружить. Поэтому физики изобретают все более изощренные способы компенсировать это отсутствие взаимодействия в надежде обнаружить характерную черту темной материи, которая составляет более четверти видимой Вселенной.
«Наши модели предполагают, что аксионная темная материя модулирует поляризацию света, которая является ориентацией колебаний электромагнитных волн», – объяснил Кодзи Нагано, аспирант Института исследования космических лучей при Токийском университете. "Эта модуляция поляризации может быть усилена, если свет многократно отражается вперед и назад в оптическом резонаторе, состоящем из двух параллельных зеркал, расположенных на расстоянии друг от друга. Самыми известными примерами таких полостей являются длинные туннельные рукава гравитационно-волновых обсерваторий."
Исследования темной материи не получают столько внимания или финансирования, как другие более применимые области научных исследований, поэтому прилагаются огромные усилия, чтобы найти способы сделать охоту рентабельной. Это актуально, поскольку другие теоретические способы наблюдения аксионов включают чрезвычайно сильные магнитные поля, которые требуют больших затрат. Здесь исследователи предполагают, что существующие гравитационно-волновые обсерватории, такие как лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) в США, Virgo в Италии или KAGRA в Японии, могут быть дешево модифицированы для охоты за аксионами без ущерба для их существующих функций.
«С нашей новой схемой мы могли искать аксионы, добавляя поляризационную оптику перед фотодиодными датчиками в детекторах гравитационных волн», – рассказывает Мичимура. «Следующий шаг, который я хотел бы увидеть, – это реализация оптики для детектора гравитационных волн, такого как KAGRA."
Эта идея многообещающая, потому что модернизация гравитационно-волновых установок не снизит чувствительность, на которую они полагаются для своей основной функции, а именно для обнаружения далеких гравитационных волн. Были предприняты попытки с помощью экспериментов и наблюдений найти аксион, но до сих пор не было обнаружено положительного сигнала. Предложенный исследователями метод был бы намного точнее.
"Существуют неопровержимые астрофизические и космологические доказательства существования темной материи, но вопрос: что такое темная материя??«является одной из самых больших нерешенных проблем современной физики», – сказал Нагано. "Если мы сможем обнаружить аксионы и сказать наверняка, что это темная материя, это было бы действительно захватывающее событие. Это то, о чем мечтают такие физики, как мы."