Японские и американские физики провели первый в мире эксперимент по изучению взаимодействий между антиматерией и аксионами, предположительными частицами «легкой» темной материи. Следы ее существования не были найдены в поведении античастиц, что заметно сузило поле ее поисков.
© Fotolia / AbstractUniverse
«Мы планируем повысить точность замеров спиновой прецессии антипротона, что позволит нам наложить еще более строгие ограничения на симметрию свойств антиматерии и обычной материи. Это сделает поиски следов темной материи еще более прицельными», — прокомментировал один из авторов работы Стефан Альмер из Института передовых исследований RIKEN (Япония).
Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом ожесточенных споров среди физиков. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков на то, что она состоит из так называемых «вимпов» — сверхтяжелых и холодных частиц,которые никак не проявляют себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.
Их безуспешные поиски заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, что породило еще больше дискуссий и альтернативных теорий, нуждающихся в проверке.
Альмер и его коллеги по коллаборации BASE подошли к решению этой проблемы с нового угла. Они организовали эксперимент, в рамках которого они изучали взаимодействие аксионов и антиматерии, а не фотонов, электронов или других частиц, с которыми работают инициаторы десятки других проектов по поиску легких форм темной материи.
«Магнитная карусель» для темной материи
В этих опытах ученые опирались на одну простую закономерность. Если аксионы обладают теми свойствами, которые им приписывают разные теории, то они должны взаимодействовать с частицами света, переносчиками электромагнитных взаимодействий, а также с самими источниками магнитных полей.
Сверхчувствительным источником этого поля, как отмечают Альмер и его коллеги, может выступать антипротон, отрицательно заряженный антипод протона. Магнитные характеристики антипротонов ученые из коллаборации BASE детально измерили еще два года назад, пытаясь найти небольшие различия в поведении обычной материи и антиматерии. Эти различия тогда открыть не удалось, и ученые надеялись, что наблюдения за взаимодействиями аксионов и антипротонов помогли бы им понять, почему они отсутствуют.
Физики проводили эти замеры, используя так называемую «ловушку Пеннинга». Внутри нее поддерживается особая конфигурация магнитных и электрических полей, заставляющих обычные ионы и частицы антиматерии двигаться по волнистой линии, закрученной в круг. Положение частиц на этой линии можно очень точно вычислить математическим путем.
Это позволяет обнаружить следы аксионов, наблюдая за тем, отклоняется ли так называемая спиновая прецессия, характер «качаний» своеобразной магнитной оси антипротона, от предсказаний классических физических теорий. Если же аксионы не существуют, то результаты расчетов должны идеально совпадать с экспериментальными замерами.
Первые наблюдения за антипротонами, как пишут Альмер и его коллеги, заставляют ученых склониться в сторону второго сценария — пока им не удалось зафиксировать никаких существенных отклонений от предсказаний Стандартной модели физики. Это наложило очень строгие ограничения на возможную силу взаимодействий частиц «легкой» темой материи с антипротонами, однозначно указав, что аксионы не существуют в очень широком диапазоне масс.
Дальнейшие опыты с антиматерией, как надеются ученые, помогут им или «нащупать» первые следы «легкой» темной материи или же окончательно закрыть этот вопрос, переключив внимание научного сообщества на другие альтернативы «вимпам».
Статья опубликована в журнале Nature
Источник: ИТАР-ТАСС
