Физики впервые создали имитацию частицы, которая может раскрыть секрет невидимой Вселенной

Учёным впервые удалось создать самую правдоподобную имитацию гипотетической частицы аксиона, которая может быть основным компонентом тёмной материи.

Эта тёмная материя невидима, поскольку не взаимодействует со светом, но она составляет более 80% всей массы Вселенной. В то время как сам аксион до сих пор не был найден, учёные смогли воспроизвести его аналог — квазичастицу, поведение которой почти точно совпадает с теоретическими предсказаниями для аксионов. Это исследование открывает новые перспективы для дальнейшего изучения темной материи и, возможно, её обнаружения.

Работа опубликована в журнале Nature и рассказывает об экспериментах, проведённых учёными с использованием теллурида марганца-висмута, материала, который был синтезирован шесть лет назад. Этот материал обладает уникальными свойствами: когда в него подаётся электрическое поле, он вызывает намагниченность, при этом колебания между электрическим полем и намагниченностью создают условия, схожие с поведением аксионов. Для аксионоподобных квазичастиц это важный момент, так как теоретически аксионы также связывают электричество и магнетизм. В ходе эксперимента физики использовали лазер для создания магнонов — магнитных волн, которые проходят через этот материал, и наблюдали за его намагниченностью. На основе этих наблюдений они обнаружили колебания во взаимодействии между электрическим полем и намагниченностью, что является характерной чертой аксионных частиц.

Аксионы, согласно теории, при попадании в сильное магнитное поле могут преобразовываться в фотоны — частицы света. В эксперименте учёные использовали этот принцип: когда аксион попадает в магнитное поле, он может превращаться в фотон, который затем взаимодействует с аксионной квазичастицей, усиливая сигнал. Это усиление критично для обнаружения аксионов, если они действительно существуют. Таким образом, эксперимент показал первые доказательства существования аксионоподобных частиц, что приблизило физиков к созданию эффективных методов для изучения и, возможно, обнаружения настоящих аксионов.

Ранее учёные не раз сталкивались с косвенными доказательствами, предполагающими существование аксионных квазичастиц, но до сих пор не было уверенности в их существовании. С помощью теллурида марганца-висмута, который обладает особыми свойствами, физики смогли создать квазичастицу, поведение которой совпадает с поведением теоретически предсказанных аксионов. Это открытие даёт учёным возможность построить детектор, который мог бы обнаружить настоящие аксионы. Такие детекторы могут сыграть важную роль в будущем, если аксионы окажутся настоящими частицами тёмной материи, которая, как полагают учёные, заполняет почти всю Вселенную.

Теперь физики уверены, что получили первые доказательства существования аксионоподобных частиц в лаборатории, что открывает новые горизонты для изучения тёмной материи и понимания её роли в формировании и удержании галактик. С помощью этих исследований учёные надеются наконец разгадать одну из величайших тайн Вселенной.

Источник: Interesting Engineering