Ученые планируют приступить к поискам «светлой стороны» темной материи

Несмотря на массу проводимых научных исследований и некоторое количество имеющихся косвенных доказательств, неуловимая темная материя продолжает успешно «уклоняться» от непосредственного обнаружения, ее существование так и продолжает быть всего лишь гипотезой, не имеющей прямых доказательств. Но почти 85 процентов массы материи Вселенной продолжают оставаться «без вести пропавшими» и темная материя является главным кандидатом на объяснение некоторых из тех загадочных вещей, которые ученые наблюдают в окружающем нас мире. А недавно исследователи из университета Саутгемптона (University of Southampton) выдвинули новое теоретическое предложение о легких частицах темной материи, существование которых может объяснить некоторые связанные с этим тайны.

Некоторые из физиков уверены в существовании темной материи благодаря наличию достаточно большого количества косвенных доказательств, собранных за последние годы. В качестве этих доказательств фигурируют эффекты гравитационного преломления света, когда лучи света изгибаются, проходя мимо сверхмассивных космических объектов, некоторые особенности характеристик космического микроволнового фонового излучения и многое другое. Хотя это все не указывает напрямую на темную материю, ее существование служит наиболее подходящим объяснением наблюдаемым вещам.

Ученые предполагают, что частицы темной материи имеют весьма большую массу, которая сопоставима с массой атомов некоторых тяжелых элементов. Идея существования более легких частиц темной материи считалась маловероятной из-за некоторых особенностей наблюдаемых астрофизических эффектов и характеристик потоков космических частиц.

Однако, когда исследователи из университета Саутгемптона, специализирующиеся в разных областях физики, начали совместную работу в области изучения темной материи, они выяснили, что если темная материя все же существует, то ее частицы могут быть и не такими массивными, как предполагалось ранее. «В своей работе мы объединили результаты исследований из совершенно различных областей физики, наблюдений за космосом в рентгеновском диапазоне, классической физики элементарных частиц и экспериментальной квантовой оптики» — рассказывает доктор Джеймс Бэйтман (Doctor James Bateman), — «Наши легкие частицы-кандидаты являются сумасшедшей идеей, тем не менее, не существует никаких результатов экспериментов и наблюдений, которые исключают факт существования таких частиц. Темная материя является одной из самых главных нерешенных загадок современности, и мы надеемся, что наше предложение позволит детализировать теорию частиц темной материи и создать под этой теорией необходимую экспериментальную базу».

Теоретическая частица, которая соответствует новой гипотезе, должна иметь массу 100eV/c2 (1.78266184?10-34 килограмма), что приблизительно равно 0.02 процента от массы электрона. Эта теоретическая элементарная частица, не имеющая пока названия, в силу своих свойств не взаимодействует со светом и практически не взаимодействует с частицами нормальной материи. В отличие от других частиц-кандидатов темной материи, новая теоретическая частица может практически беспрепятственно проходить через нормальную материю из-за своих малых размеров и массы.

Основываясь на таких предположениях, ученые считают, что обнаружение этих частиц при помощи каких-либо инструментов на Земле является практически безнадежным делом. Единственным местом, где можно попытаться обнаружить такие частицы, является космос, а помочь в этом деле должно устройство, называемое макроскопическим квантовым резонатором (Macroscopic Quantum Resonator, MAQRO), при помощи которого можно исследовать некоторые явления и их параметры из области квантовой физики, наблюдая, к примеру, декогеренцию состояния квантовой суперпозиции макроскопических объектов.

В эксперименте MAQRO должен быть использован сверхглубокий вакуум космического пространства и сверхнизкие температуры, царящие в глубинах космоса. Помещенная в такие условия оптическая ловушка будет удерживать достаточно массивные частицы, на которых бут производиться исследования состояния квантовой суперпозиции. Новая легкая частица темной материи может рассматриваться как наночастица по отношению к наблюдаемой квантовой частице, ее влияние на квантовое состояние наблюдаемой частицы будет незначительным, но, тем не менее, достаточно ощутимым на уровне «хрупких» явлений квантового мира.

Ученые полагают, что легкие частицы темной материи должны быть частью потоков этой материи, циркулирующей в космосе. Перемещение этих потоков частиц, обладающих малой массой, должно повлечь за собой незначительные изменения в положении наблюдаемой квантовой частицы. И если такие изменения положения частицы, которые повлекут за собой увеличение эффекта квантовой декогеренции, будут обнаружены, то это послужит первым прямым доказательством существования темной материи и позволят выяснить некоторые характеристики ее частиц.

«Все проводимые в настоящее время эксперименты, связанные с существованием темной материи, не дают никаких однозначных результатов. Даже в недрах Большого Адронного Коллайдера не было найдено признаков существования «иной» физики. Вполне вероятно, что во всех этих экспериментах мы ведем поиски немного не там, где это нужно, и наши исследования могут стать подсказкой, куда нам надо двигаться в дальнейших поисках темной материи» — рассказывает доктор Александр Мерл (Doctor Alexander Merle), — «Все больше ученых-физиков начинают склоняться в сторону нашей точки зрения и наша теория все больше становится сильным конкурентом для других теорий, существующих в этой области физики».

Источник: dailytechinfo.org