Физик-теоретик Кристиан Бек уверен в том, что в 2004 году ученым удалось обнаружить частицы темной материи, причем не в глубинах Вселенной, а на нашей планете. Просто экспериментаторы сами не поняли, на что они наткнулись. По мнению Бека, тогда ими было подтверждено существование аксиона — одного из самых легких элементов темной материи.
Следует заметить, что те, кто занимается поиском частиц темной материи, до сих пор не могут похвастаться особенными успехами. Достоверно подтвержденным является лишь существование фермиона Майораны, однако входит ли эта частица в состав именно темной материи, пока не совсем понятно. А что касается основных "темных" частиц, то есть вимпов, то пока достоверных результатов по их поимке нет — все сообщения об обнаружении впоследствии при более скрупулезной проверке результатов экспериментов оказались несколько преждевременными.
Читайте также: Фермион Майораны все-таки существует!
Тем не менее недавно физик-теоретик из Кембриджского университета (Великобритания) Кристиан Бек сообщил о том, что судя по всему, ученые уже подтвердили существование самой легкой частицы темной материи, просто сами не поняли этого. Речь идет об аксионах — электрически нейтральных частицах, наличие которых было предсказано еще в 1977 году физиками Роберто Печчеи и Хелен Куинн. Правда, тогда о темной материи еще и речи никакой не шло — этот аксион понадобился теоретикам для того, что бы объяснить нарушение CP-инвариантности (под этим сложным термином подразумевается невозможность даже теоретической замены всех имеющихся в мире частиц на античастицы с сохранением при этом фундаментальных законов физики. — Ред.).
Согласно расчетам, аксион должен представлять собой частицу весьма малой массы, которая при этом практически не взаимодействует с барионами и электронами, то есть с частицами, составляющими обычное вещество. Эти-то свойства и "привели" позже аксион в дружную семью частиц, которые, по представлениям ученых должны составлять темную материю — ведь именно с обычным веществом они-то взаимодействуют очень и очень плохо. Ну, а в начале нынешнего века начались экспериментальные поиски доказательств существования аксиона.
Однако каким же образом можно найти эту неуловимую частицу? Ведь если она почти не взаимодействует с веществом, то напрямую его не сможет выявить ни один детектор! Однако можно пойти другим путем — известно, что под действием магнитного поля аксион распадается на два фотона, появление которых детекторы вполне могут зарегистрировать. Значит, нужно просто посмотреть, в каком именно энергетическом диапазоне во время опытов на различных ускорителях появлялось аномально большое число фотонов — это и будет доказательством того, что в эксперименте, помимо основных частиц, незримо присутствовали аксионы.
Подобные исследования проводились в 2003–2004 годах, а также в 2006 году, как в лабораториях ЦЕРНа, так и в Ливерморской национальной лаборатории (США), однако статистически достоверных доказательств существования аксионов ученые тогда не получили. Однако Кристиан Бек считает, что в 2004 году эти частицы все-таки были обнаружены — правда, в другом эксперименте, в котором физик Кристоф Хоффман и соавторы изучали разные виды шумов в джозефсоновских переходах. Напомню, что джозефсоновскими переходами называют устройство, состоящее из пары сверхпроводников, которые разделены между собой слоем изолятора. Следует заметить, что этот прибор довольно широко используются в экспериментальной науке уже сегодня и совсем не являются какой-то экзотикой — с его помощью было уже поставлено множество различных интересных опытов.
Читайте также: Подземный детектор внезапно атаковали вимпы
Эксперимент же группы Хоффмана базировался на следующем свойстве данной установки: известно, что сверхпроводники, входящие в ее состав, постоянно обмениваются парами электронов через разделяющую их область с частотой, называемой джозефсоновской. Ученые хотели понять, насколько точно можно регистрировать подобные обмены. И вот, анализируя результаты эксперимента, они обнаружили, что в районе 0,11 мэВ постоянно возникали странные "шумы" — регистрировалось большое количество фотонов. Которые неизвестно откуда появлялись, да и сам процесс переноса электронных пар при этом без видимой причины резко учащался.
Тогда ни сам Кристоф Хоффман, ни его коллеги не смогли объяснить, что было причиной возникновения подобного "шума". А вот Кристиан Бек, похоже, понял в чем тут дело — согласно его расчетам, если джозефсоновская частота совпадет с массой аксиона, то в момент, когда последний войдет в изолятор между парой сверхпроводников, получится резкий "пик" фотонов, а также скачок в регистрации обмена электронными парами между сверхпроводниками. Таким образом, все это безобразие, по мнению доктора Бека, устроили именно аксионы. Он также отметил, что эксперимент группы Хоффмана помог установить и массу данной частицы — она должна быть где-то в районе 0,11 мэВ, то есть, получается, что аксион где-то в в 200 миллиардов раз легче, чем электрон.
Читайте также: Ученые раскрыли тайну темной материи
Итак, выходит, что одну частицу темной материи ученым все-таки удалось обнаружить. Правда, как считает Кристиан Бек, для получения более достоверных доказательств, нужно провести еще несколько экспериментов с джозефсоновскими переходами, которые при этом должны быть защищены различными видами экранирования. Эти экраны вряд ли смогут задержать аксионы, однако они помогут исключить воздействие всех посторонних шумов вроде микроволн. И если и в этих экспериментах будет возникать неожиданный "пик" в районе 0,11 мэВ, то можно будет с уверенностью сказать, что ученым наконец-то удастся вплотную соприкоснуться с загадочной темной материей…