Физики предложили использовать магнитное поле Земли для поиска темной материи

Темная материя продолжает оставаться одной из главных загадок современной физики. Ученые не имеют прямых доказательств ее существования, однако именно эта невидимая субстанция, по оценкам, составляет около четверти массы Вселенной. Среди гипотетических кандидатов на роль частиц темной материи особое место занимают аксионы — очень легкие и электрически нейтральные частицы.

Проблема поиска аксионов

Энергию аксионов принято искать в диапазоне от 10⁻¹³ до 10⁻¹¹ электронвольт, что значительно меньше энергии покоя электрона (5,11×10⁵ электронвольт). Традиционный метод предполагает использование мощных лабораторных магнитов для превращения аксионов в фотоны, однако ограниченные размеры лабораторий не позволяют обеспечить необходимый масштаб эксперимента.

Решение предложила международная команда физиков: вместо искусственных магнитов использовать магнитное поле Земли. Это позволит значительно увеличить область взаимодействия и, следовательно, повысить шансы на регистрацию редких событий.

Земля как детектор

Современные теории были применимы только для частот ниже одного герца. Новая теоретическая разработка учитывает электропроводность атмосферы Земли и показывает, что полость между планетой и ионосферой усиливает сигналы на частоте около восьми герц, а точные предсказания возможны вплоть до 30 герц.

Для проверки своей модели исследователи обратились к данным, собранным с 2012 по 2022 год в британской обсерватории Eskdalemuir. Учитывая зависимость аксионных сигналов от геометрии магнитного поля в конкретной точке, они применили методы статистического анализа для поиска узкополосных сигналов от темной материи.

Анализ позволил выделить 65 кандидатов на события, однако ученые подчеркивают необходимость независимых подтверждений. Тем не менее, вычисленная верхняя граница константы взаимодействия аксионов со светом оказалась самой строгой в диапазоне масс 10⁻¹³ — 10⁻¹¹ электронвольт на сегодняшний день.

Исследователи надеются, что их метод будет применен к другим наборам данных, что может существенно продвинуть поиски темной материи. Использование естественного магнитного поля Земли открывает новые возможности для экспериментов, не требующих строительства гигантских установок.