Физики обнаружили 65 таинственных сигналов
Наука и космос019:53
Физики использовали саму планету в качестве огромного детектора темной материи. Проведя анализ более чем десятилетних данных о магнитном поле из одной обсерватории в Шотландии, они обнаружили 65 стабильных сигналов, которые не удалось объяснить стандартными помехами, и одновременно установили самый строгий прямой лимит на характеристики аксионов — предполагаемых частиц, которые могут быть основными компонентами темной материи. Результаты опубликованы в журнале Progress of Theoretical and Experimental Physics.
Аксионы — это чрезвычайно легкие частицы, которые почти не взаимодействуют с обычной материей и свободно проходят через нее. Если они действительно существуют, то в совокупности могут объяснить около 85% массы Вселенной, которая невидима и неощутима, но проявляет себя через гравитацию. Согласно теории, когда аксионы проходят через Землю, они должны взаимодействовать с ее глобальным магнитным полем, создавая сверхнизкочастотные электромагнитные волны — с частотой от долей герца до нескольких герц.
Вместо создания новых дорогих детекторов команда использовала данные магнитометров обсерватории Эскдалемюр на юге Шотландии (Eskdalemuir Observatory), которые с сентября 2012 года по ноябрь 2022 года фиксировали колебания магнитного поля с частотой 100 раз в секунду. Весь массив был разбит на 9909 восьмичасовых сегментов, и они искали в каждом устойчивый узкий пик на постоянной частоте — так должен выглядеть сигнал от аксионов, в то время как обычный шум со временем меняется.
Первичный отбор дал более 800 кандидатов. После проверки, что сигнал присутствует в каждом году наблюдений, а не только в усредненных данных за весь срок, их число сократилось до 375. Затем были исключены подозрительно ровные частоты, которые обычно создаются самой электроникой, и осталось 65 сигналов. Каждый из них прошел все фильтры, но подтвердить их подлинность невозможно: данные получены лишь с одной точки, а для надежной регистрации аксионов тот же сигнал должен наблюдаться одновременно на различных магнитометрах планеты.
В тех случаях, когда надежных сигналов не было найдено, авторы использовали отсутствие детектирования, чтобы вычислить верхний предел силы взаимодействия аксионов с фотонами. Для массы около 3×10-14 электронвольт, что соответствует частоте примерно 7,8 герца, полученный предел оказался самым строгим среди всех прямых измерений в этом диапазоне. Он в 100 раз точнее, чем результат европейского эксперимента CAST, ранее считавшегося наилучшим.
Преимущество данного подхода заключается в том, что он основывается исключительно на воспроизводимых земных условиях и не требует предположений о магнитных полях в удаленных галактических скоплениях, на которых базируются некоторые косвенные оценки. Наблюдение усиливается эффектом резонансов Шумана — глобальных электромагнитных колебаний между поверхностью Земли и ионосферой, которые «усиливают» предсказанный сигнал именно в исследуемом диапазоне частот.
Следующим шагом должно стать тестирование 65 кандидатов по данным магнитометров в других обсерваториях мира. Если хотя бы один сигнал повторится в нескольких местах, это станет аргументом в пользу открытия аксионов. Работа также закладывает основу для поиска других форм ультралегкой темной материи, таких как темные фотоны, используя ту же методику анализа.
Darth SaharaИсточники:Progress of Theoretical and Experimental PhysicsНаука и космос0космосТёмная материяКосмологияФизика элементарных частицАксионыГеомагнитное полеМагнитометрияРезонанс Шумана19:53
Источник