Уявіть, що найбільша загадка Всесвіту – щось невидиме, що тримає галактики докупи – може бути прямо під нашим носом, ніби прихований скарб. А що, якби ми могли використати саму Землю як гігантський пошуковий механізм, щоб його знайти? Звучить як наукова фантастика, але саме це нещодавно спробувала зробити група вчених з Японії. Вони перетворили нашу планету на справжній детектор, який шукає темну матерію, і вже знайшли дещо дуже інтригуюче. Повідомляє T4 з посиланням на sciencedaily.com. Темна матерія: невидимий диригент Всесвіту Темна матерія – це одна з найбільших невирішених загадок сучасної фізики. Астрономи впевнені, що вона існує, і, за їхніми оцінками, становить близько чверті всієї енергії Всесвіту. Однак ми досі не знаємо, з чого вона складається. Без цієї невидимої речовини, що не взаємодіє зі світлом, наші моделі формування галактик і великомасштабної структури Всесвіту просто розсипаються на порох. Галактики оберталися б інакше, а скупчення зірок просто розлетілися б. Дві провідні гіпотези припускають, що темна матерія складається з надлегких частинок, відомих як аксіони (axions) або темні фотони (dark photons). Ці частинки, в діапазоні мас, досліджених вченими, були б надзвичайно легкими – приблизно на 19-21 порядків легшими за електрон. Уявіть, наскільки вони примарні, їх надзвичайно важко вловити. Це немов намагатися почути шепіт урагану. Як Земля перетворилася на “гігантське вухо” для пошуку Багато традиційних експериментів з аксіонами намагаються перетворити їх на фотони, піддаючи частинки надзвичайно сильним магнітним полям у лабораторних умовах. Проблема тут – масштаб. Навіть найпотужніші лабораторні магніти можуть охопити лише відносно невелику ділянку простору. Однак дослідники з Університету Кіото, Університету Хіросіми та Університету Ніхон знайшли елегантний спосіб обійти це обмеження. Замість того, щоб покладатися виключно на лабораторне обладнання, вони задумалися: а чи можна використати власне магнітне середовище Землі як частину експерименту? “Ми запитали себе, чи можемо ми використовувати саму Землю як гігантський детектор у пошуках”, – розповів провідний автор дослідження Ацуші Таруя. Виявилося, що ділянка між поверхнею Землі та іоносферою (шаром атмосфери, насиченим іонізованим газом) може природним чином резонувати з електромагнітними хвилями, подібно до великої порожнини. Ця земна-іоносферна порожнина діє як природний резонатор, що підсилює електромагнітні хвилі саме в тому діапазоні мас, який вчені хотіли дослідити. Це наче гігантська звукова камера, яка підсилює найтонші звуки. Раніше теорія могла надійно описувати частоти лише нижче 1 Гц, залишаючи більшу частину потенційно корисного частотного діапазону недослідженою. Щоб вирішити цю проблему, вчені розробили нову теоретичну основу, яка включає електричну провідність атмосфери. Їхні розрахунки показали, що земна-іоносферна порожнина може підсилювати сигнали поблизу 8 Гц і дозволили їм робити надійні прогнози аж до приблизно 30 Гц. Це розширило “слуховий діапазон” нашого планетарного детектора. Модель також передбачала важливу відмінність між двома кандидатами на темну матерію: сигнали, вироблені аксіонами, мали б варіюватися залежно від місця розташування, з найсильнішими очікуваннями в Південно-Східній Азії. Натомість сигнали від темних фотонів мали б з’являтися майже з однаковою силою по всьому світу. 10 років даних і загадкові “свідки” Використовуючи цю нову теоретичну модель, команда проаналізувала близько десяти років геомагнітних вимірювань, зібраних з 2012 по 2022 рік обсерваторією Ескдейлмюір Британської геологічної служби. Дослідники спочатку видалили штучні джерела шуму з даних. Потім вони шукали стійкий сигнал, зосереджений у дуже вузькому частотному діапазоні, який, як очікується, має виробляти темна матерія протягом тривалого часу. Результати пошуку аксіонів вражають: ефективно використовуючи всю Землю як детектор для певного діапазону мас аксіонів, дослідники встановили нові обмеження на те, наскільки сильно аксіони можуть взаємодіяти зі світлом. Ці обмеження виявилися приблизно у 100 разів точнішими, ніж попередній найкращий результат наземного експерименту. Уявіть, якщо раніше ми шукали голку в стозі сіна, то тепер цей стіг став у сто разів меншим! Це також робить їх конкурентоспроможними з обмеженнями, отриманими з астрофізичних рентгенівських спостережень обсерваторій, таких як Chandra і NuSTAR, хоча останні залежать від певних теоретичних припущень. Але найінтригуючіший результат приніс пошук темних фотонів. Дослідники ідентифікували кілька сигналів-кандидатів, які потенційно можуть мати походження від темної матерії. Однак джерело цих сигналів залишається невідомим, і їх ще не підтверджено як остаточний доказ існування темної матерії. Дуже важливо підкреслити, що це лише кандидати, а не переконливі докази. Але це той самий промінь світла у темній кімнаті, який дає надію. Що таке темна матерія і чому вона важлива? Темна матерія – це гіпотетична форма матерії, яка не випромінює, не поглинає і не відбиває світло чи інші електромагнітні хвилі, що робить її невидимою для нас. Вона важлива, тому що її гравітаційний вплив допомагає пояснити, чому галактики тримаються разом і як Всесвіт розвивався після Великого Вибуху. Без темної матерії наші поточні моделі космосу просто не працюють. Як Земля може бути детектором темної матерії? Вчені використовували унікальні властивості земної-іоносферної порожнини – це простір між поверхнею Землі та шаром іонізованого газу в атмосфері. Ця порожнина природним чином резонує з певними електромагнітними хвилями. Нове дослідження розширило діапазон частот, на яких ця “порожнина” може посилювати сигнали від гіпотетичних частинок темної матерії, таких як аксіони та темні фотони, перетворюючи Землю на гігантський природний резонатор. Чи знайшли вчені темну матерію? Ні, не знайшли остаточного підтвердження. Дослідження встановило значно жорсткіші обмеження на взаємодію аксіонів зі світлом, а також виявило кілька “сигналів-кандидатів”, які могли б бути темними фотонами. Однак їхнє походження досі не підтверджене як темна матерія. Потрібні подальші дослідження та перевірки. Які наступні кроки в цих дослідженнях? Нова теоретична основа, розроблена вченими, дозволяє розширити майбутні пошуки. Наступні кроки можуть включати більш детальний аналіз виявлених сигналів, пошук додаткових даних по всьому світу для порівняння та розробку ще чутливіших методів виявлення, щоб підтвердити або спростувати гіпотези про природу цих загадкових “кандидатів”. Можливо, знадобляться глобальні мережі обсерваторій. Особистість темної матерії, якщо чесно, досі залишається нерозгаданою. Проте цей новий теоретичний підхід дає дослідникам потужний інструмент для розширення майбутніх пошуків. Можливість використовувати природне електромагнітне середовище Землі як інструмент для зондування найлегших можливих форм темної матерії – це справжній прорив. А що, якби ці загадкові сигнали – це дійсно наші перші “привіти” від темної матерії? Це був би один з найбільших проривів у фізиці за десятиліття, і ми спостерігаємо за цим, так би мовити, “в прямому ефірі”. Це нагадує, наскільки багато ще прихованого у Всесвіті, і наскільки винахідливими можуть бути вчені, аби це розкрити.The post Вчені перетворили Землю на детектор темної матерії та знайшли загадкові сигнали first appeared on T4 - сучасні технології та наука.