Полювання на аксіони – частинки темної матерії

Новий детектор в США, можливо, вже в наступному році проявить частинки темної матерії – аксіони. Ці напрочуд легкі частинки вважають вірогідними кандидатами на роль складових темної матерії.
Axion Dark Matter Experiment (ADMX Experiment) – перший детектор, який може виявити аксіони. Якщо їх знайти не вдасться, вченим доведеться розробляти нову гіпотезу.
Хоча темна матерія становить більшу частину маси у Всесвіті, досі невідомо, з яких частинок вона складається. Адже вона невидима – і, згідно з поширеним припущеннями, через свою силу тяжіння взаємодіє з нормальною матерією. Відповідно, виявити її екзотичні частинки дуже складно.
Інша проблема полягає в тому, що фізики ще не прийшли до згоди, в якому масовому діапазоні вони повинні шукати ці частинки. Протягом тривалого часу кандидатами на роль складових темної матерії вважали так звані слабовзаимодействующие масивні частинки (вимпы). Вони повинні бути приблизно в 1000 разів важче, ніж протони. Однак досі навіть найбільш чутливі датчики не змогли виявити і сліду таких вимпов. Деякі фізики захищають варіант участі сильновзаимодействующих масивних частинок (симпов).
І чимало науковців віддають перевагу іншому кандидатові – аксиону, частці, яка повинна була б бути в мільярди разів легше, ніж електрон, і через це значно численніша. Щоб її виявити, протягом останніх років учені працювали над розробкою і створенням спеціального детектора – експеримент аксионов темної матерії (Axion Dark Matter Experiment, ADMX).
Сьогодні ADMX готовий: перші вимірювання довели, що він досить чутливий, щоб виявити аксіони – якщо вони взагалі існують вже протягом наступного року. «Відкриття може відбутися в будь-який момент протягом наступних років, – сказав Арон Чоу (Aaron Chou) з Національної прискорювальної лабораторії імені Енріко Фермі, одного з інститутів, залучених до розробки детектора. – Тобто напруга час пошуків аксионов починається саме зараз».
Цей детектор шукає аксіони незвичайним чином: враховуючи те, що вони дуже легенькі, він не буде брати до уваги зіткнення частинок (на відміну від інших детекторів). Завдяки цьому ADMX функціонує швидше як надчуттєвий радіоприймач. Він прослуховує протони, що виникають з перетворення аксионов в сильному магнітному полі.
Але, згідно теорії, завдяки хвильової природи аксіони також повинні перескакувати в певні частоти. «В принципі, ADMX веде себе як короткохвильове радіо, – пояснив спікер ADMX Грей Рибка (Gray Rybka) з Вашингтонського університету. – Тільки ми не знаємо частот радіостанцій, які шукаємо. З-за цього ми повільно крутимо регулятор частот, прислухаючись. Якщо частота правильна, в ідеалі ми повинні були б почути звук».
Розрахунки показують, що аксіони повинні були б коливатися в частотному діапазоні від декількох кілогерц до декількох гігагерц.