Физики в Германии проследили за возможным влиянием частиц легкой темной материи на работу сверхточных атомных часов, что позволило им исключить возможность существования большого набора подобных частиц в очень широком диапазоне масс. Об этом сообщила в пятницу пресс-служба немецкого Физико-технического федерального института (PTB). Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

"Частицы сверхлегкой темной материи, если они существуют, должны порождать колебания в замеряемых значениях постоянной тонкой структуры, фундаментальной константы, отражающей силу электромагнитных взаимодействий. Опираясь на эту идею, специалисты PTB попытались найти эти колебания при помощи сверхточных атомных часов. Отсутствие этих флуктуаций в значении постоянной тонкой структуры значительно сузило поле поисков легкой темной материи", - говорится в сообщении.

Группа физиков под руководством научного сотрудника PTB Нильса Хунтеманна исключила возможность существования большого перечня подобных сверхлегких частиц темной материи в ходе длительных наблюдений за возможными взаимодействиями этой субстанции с обычными частицами света (фотонами) и окружающим их пространством.

Ученые исходили из предположения, что аксионы и прочие типы сверхлегкой темной материи будут особым образом взаимодействовать с фотонами. Их взаимодействия будут менять значение постоянной тонкой структуры, что будет сказываться на устройстве энергетических уровней атомов, которые используются в работе атомных часов в качестве своеобразного "маятника".

Руководствуясь этой идеей, ученые на протяжении 235 дней наблюдали за работой двух типов атомных часов, построенных на базе ионов иттербия и стронция. Исследователям не удалось выявить в вырабатываемых ими сигналах характерных синусоидальных колебаний, которые возникали бы в работе "маятников" атомных часов, если бы сверхлегкая темная материя существовала.

По словам ученых, отсутствие подобных периодических колебаний в работе атомных часов исключает возможность существования множества вариаций сверхлегких частиц темной материи, чья масса на 20-30 порядков меньше, чем у электрона. Это значительно ускорит и упростит поиски аксионов и прочих форм легкой темной материи в будущем, подытожили авторы работы.

О легкой темной материи

Несмотря на то, что большинство ученых не сомневается в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом споров среди физиков. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков на то, что она состоит из так называемых вимпов - сверхтяжелых и холодных частиц, никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Их безуспешные поиски заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. Первые их поиски тоже закончились безрезультатно, однако три года назад детектор XENON 1T открыл первые потенциальные свидетельства существования этой формы темной материи. В прошлом году, однако, ученые усомнились в этих выводах после анализа первых данных с более мощной установки XENONnT.

https://nauka.tass.ru/nauka/18098481