Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-14-12
Эксперимент DALI: в поисках аксиона, предполагаемой частицы темной материи

Май 2021

Канарский астрофизический институт (Instituto de Astrofísicade Canarias, IAC) войдет в состав международной коллаборации, разрабатывающей эксперимент DALI (Dark-photons & Axion-Like particles Interferometer), телескоп для поисков темной материи, научная цель которого будет состоять в поисках аксионов и парафотонов в диапазоне от 6 до 60 гигагерц. Концептуальный прототип находится в настоящее время на этапе разработки и производства в институте IAC. Исследование опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Предсказанный теорией в 1970-е гг., аксион представляет собой гипотетическую частицу небольшой массы, которая слабо взаимодействует с обычными частицами, такими как нуклоны и электроны, а также фотоны. Для обнаружения аксионов используются все эти возможные взаимодействия, попытки регистрации которых проводятся при помощи различных научных инструментов. Один из перспективных методов состоит в изучении взаимодействия между аксионами и обычными фотонами.

В первых детекторах аксионов, построенных в 80-е и 90-е гг. прошлого столетия, была использована полость для резонанса, усиливающая внутри сверхпроводящего магнита слабый микроволновой сигнал, который ожидалось наблюдать со стороны аксиона, до достижения мощности, соответствующей нижнему пределу обнаружения современных научных инструментов. К сожалению, размер этой полости обратно пропорционален частоте, на которой производится сканирование, и для аксиона размер этой полости оказывался слишком мал при работе на частотах свыше 6 гигагерц.

Поэтому в этом новом эксперименте были собраны воедино наиболее перспективные методы сканирования на высоких частотах и воплощены в практичной конструкции, к которой также были добавлены возможности детектора космических частиц для целей поисков гипотетической аксионной темной материи. Поэтому инструмент DALI включает мощный сверхпроводящий магнит, аксионный детектор с резонатором новой конструкции, способным усилить слабый сигнал аксиона, а также альтазимутальную установку, которая позволит сканировать при помощи этого телескопа объекты и участки неба в поисках темной материи, пояснили авторы работы.

astronews.ru, 2 мая2021

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210502101911

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Хавьер Де Мигель (JavierDeMiguel), исследователь из IAC

Глава 11-14-13
Аксионы могут дать начало новой «археологии» Вселенной

Июнь 2021

Обнаружение гипотетической частицы, называемой аксионом, может помочь разобраться в тех процессах, которые протекали во Вселенной в течение первой секунды после Большого взрыва, указывается в новом исследовании. Публикация увидела свет в журнале Physical Review D.

Наблюдения в электромагнитном спектре космического микроволнового фонового излучения, иначе называемого реликтовым излучением, позволяют нам «просмотреть» почти 14 миллиардов лет существования Вселенной, вплоть до того периода, когда Вселенная остыла до температур, при которых становится возможным соединение электронов и протонов с формированием нейтрального водорода. Реликтовое излучение позволило нам получить огромное количество информации об эволюции космоса, однако фотоны этого излучения были испущены через 400 000 лет после Большого взрыва, что делает чрезвычайно трудным изучение отрезка истории Вселенной, предшествующего этой отметке.

Чтобы заглянуть за эту «вуаль», в новом исследовании астрономы во главе с Джефом А. Дрором (Jeff A. Dror) предлагают обратить внимание на аксионы, гипотетические частицы, которые могли быть испущены в течение первой секунды существования Вселенной.

Существование аксионов вытекает из теории струн – современной физической теории, которая может стать основой для создания теории квантовой гравитации. Кроме того, считается, что аксион может являться неуловимой частицей темной материи – таинственной невидимой субстанции, наполняющей нашу Вселенную и взаимодействующей с нормальной материей лишь гравитационно.

Авторы рассматривают возможность существования аксионного аналога реликтового излучения, который они назвали Космическим аксионным фоном (Cosmic axion Background, или CaB). Дрор и его коллеги отмечают, что по мере разработки более чувствительных инструментов для поисков темной материи экспериментаторы могут столкнуться с еще одним проявлением присутствия аксионов – в форме CaB. Поскольку свойства CaB схожи со свойствами аксионов темной материи, существует опасность, что сигнал CaB будет отфильтрован как шум.

Обнаружение сигнала CaB станет «двойным открытием». Оно позволит не только подтвердить существование аксиона, но и получить ценные сведения об истории эволюции Вселенной. В зависимости от того, в результате какого процесса был произведен сигнал CaB, исследователи могут получить новые данные о различных аспектах развития Вселенной, которые были прежде недоступны.

_{astronews.ru, 8 июня2021}

_{https://www.astronews.ru/cgi-}

_{Журнал Physical Review D.}