дома нескучно
Как весело и с пользой пережить самоизоляцию

Поиск загадочных тёмных фотонов

17 August 2018

В годовщину открытия гравитационных волн попалось сообщение о новом способе использования детекторов LIGO для связи с тёмной стороной нашей Вселенной. А заодно я расскажу вам немного о "темных фотонах":

Фото с телескопа Хаббл, NASA/ESA
Фото с телескопа Хаббл, NASA/ESA

Детекторы LIGO могут обнаруживать не только гравитационные волны. В недавней статье, опубликованной в Physical Review Letters, группа физиков из Мичиганского университета предположила, что детекторы могут использоваться для обнаружения темной материи.

Что такое темная материя – загадка. Имеется несколько предположений, подтвердить которые пока невозможно. Точно известно только то, что она взаимодействует с нами через гравитацию и ее должно быть раз в 5 больше, чем обычной материи. Разнообразные эксперименты проводятся, наверное, во всех странах. Физики ищут. Но ведь и толком не ясно что надо искать!

Совсем недавно появилось предположение, что, по аналогии с обычными фотонами, в темной материи существуют тёмные фотоны. Они или имеют небольшую массу или не имеют массы вообще. Они являются переносчиками «тёмного электромагнетизма», «тёмного излучения» и т.п. Тёмный фотон – это вообще звучит как какой-то экзистенциальный оксюморон. Холодное тепло, горячий холод, живой труп… Физики бывают поэтичны! Сразу же всплывает и ассоциация со Звездными войнами.

Эти темные фотоны и сможет обнаружить детектор гравитационных волн. Член команды физик Юэ Чжао сказал, что детектор гравитационных волн можно использовать для прямого обнаружения темной материи без каких-либо доработок и точность метода будет достаточна для уверенного подтверждения существования темных фотонов.

Один из детекторов LIGO, фото из Яндекса
Один из детекторов LIGO, фото из Яндекса

Как объясняется в статье, если темные фотоны имеют очень малую массу, то они могут вести себя как колеблющееся поле и частота колебаний зависит от их массы. Такие колебания и могут зарегистрировать детекторы LIGO. Сейчас это теоретическое предложение. До реального начала поисков еще далеко. Пока при помощи упрощенных моделей ученые планируют отработать алгоритм и, постепенно увеличивая сложность моделирования, понять какие отклики детектора будут указывать на наличие темных фотонов.

Ученые предполагают использовать для этих целей не только наземные детекторы LIGO, но и космический детектор гравитационных волн LISA (Laser Interferometer Space Antenna), который строят NASA и Европейское космическое агентство. Пока запущен только первый тестовый спутник, а запуск системы планируют не раньше 2029 года.

Схема детектора LISA, картинка из Яндекса
Схема детектора LISA, картинка из Яндекса

Перспективы это сулит изумительные. Обнаружить частицы и научиться с ними взаимодействовать – это открыть новый мир во много раз превышающий наш по своим размерам. Хотя, кто сейчас может поспорить, что он действительно существует? :)

Распределение темной материи во Вселенной, NASA/ESA
Распределение темной материи во Вселенной, NASA/ESA

Источник вдохновения: https://phys.org/news/2018-08-gravitational-detectors-dark.html