Пьезоэлектрические кристаллы применят для поиска аксионов

Аксионы — гипотетические элементарные частицы, которые научное сообщество рассматривает в качестве ключевого компонента скрытой массы Вселенной. Группа физиков, представляющая Институт Периметра (Канада), Университет Северной Каролины, Институт Кавли и Нью-Йоркский университет, обосновала принципиально новый механизм их обнаружения.

Концепция аксионов была сформулирована в 1970-х годах для устранения противоречий, связанных с CP-симметрией в сильном взаимодействии. Теория предсказывала наличие у нейтрона электрического дипольного момента, однако отсутствие его фиксации в экспериментах указало на пробелы в Стандартной модели. Аксионы стали наиболее элегантным решением этой фундаментальной загадки.

В рамках свежего исследования ученые обосновали использование пьезоэлектриков для генерации и фиксации аксионного сигнала. Свойства таких кристаллов позволяют преобразовывать деформацию в электрическое поле, тем самым усиливая отклик частиц при контакте с веществом. Методологическую основу эксперимента составляет ядерный магнитный резонанс, способный регистрировать тончайшие флуктуации ядерных спинов.

Иллюстрация: Nano Banana

Экспериментальная установка предполагает введение пьезокристалла в состояние резонанса, совпадающего с частотой прецессии спинов, что максимизирует искомый сигнал. Чтобы минимизировать влияние сторонних шумов, систему планируют оснастить мощным магнитным экраном, а для детекции сверхслабых магнитных возмущений применить СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерферометр).

Предложенный алгоритм позволяет существенно интенсифицировать процесс получения данных в лабораторных условиях. По оценкам специалистов, чувствительность такого метода может превзойти существующие аналоги в 10 миллионов раз.

Авторы работы подчеркивают, что их методика гармонично дополняет мировые стратегии поиска темной материи и вполне реализуема на современном технологическом уровне. В частности, Эндрю Гераси из Северо-Западного университета (США) уже планирует адаптировать действующую установку Ariadne для проведения экспериментов с использованием пьезоэлектрических материалов.

Источник: iXBT