Китайским физикам удалось сузить параметры аксионной темной материи

Китайские физики установили новые лабораторные ограничения на возможное взаимодействие аксионной темной материи с обычным веществом. Результаты многонедельного эксперимента, в ходе которого ученые не обнаружили статистически значимых сигналов, опубликованы в журнале Nature.

Современная космология исходит из того, что значительную часть массы Вселенной составляет темная материя, которая проявляет себя только через гравитацию. Одними из основных кандидатов на ее роль считаются сверхлегкие частицы — аксионы и аксионоподобные частицы. В ряде теоретических моделей предполагается, что такие частицы могут формировать макроскопические структуры, в том числе так называемые доменные стенки — области пространства с резким изменением аксионного поля.

Считается, что при пересечении Землей подобной структуры должен возникать кратковременный эффект, воздействующий на спины ядер и вызывающий их слабый поворот. Именно такие сигналы попытались зафиксировать физики под руководством Цзян Мина и Пэна Синьхуа из Университета науки и технологий Китая.

Для эксперимента была создана распределенная сеть из пяти квантовых датчиков на основе гиперполяризованных ядер ксенона-129. Четыре установки разместили в лаборатории в Хэфэе, еще одну — в Ханчжоу, на расстоянии около 320 километров. Все площадки были синхронизированы по GPS. В каждом датчике использовались пары атомов рубидия-87, которые обеспечивали оптическую накачку ксенона и одновременно регистрировали изменения его спинового состояния.

Чувствительность установки была повышена за счет спинового усиления и цифровой фильтрации шумов. В результате приборы могли фиксировать повороты спинов на уровне нескольких микрорадиан. Наблюдения велись с 20 июля по 31 августа 2022 года и дали около 739 часов эффективных данных. Каждый час систему калибровали контрольным импульсом для проверки стабильности чувствительности.

Анализ собранных данных показал отсутствие признаков пересечения Землей аксионных топологических дефектов. На основании этого результата исследователи установили наиболее жесткие на сегодняшний день ограничения на связь аксионной темной материи с нуклонами в диапазоне масс от 10 пикоэлектронвольт до 0,2 микроэлектронвольта.

Авторы отмечают, что полученные ограничения существенно сужают пространство параметров для теоретических моделей аксионной темной материи и задают ориентиры для будущих экспериментов.

Читайте также: Смерть российского подростка в бетономешалке вызвала вопросы у следствия