Все, что мы наблюдаем в космическом пространстве — это звёзды, планеты, галактики — является лишь небольшой частью массы Вселенной. Остальное составляет загадочная тёмная материя, невидимая и практически не взаимодействующая с обычной материей. Годы научных исследований были посвящены её поискам. Новый эксперимент MADMAX (MAgnetized Disc and Mirror Axion eXperiment) направлен на захват частиц, вероятных кандидатов на роль тёмной материи: аксионов и тёмных фотонов.
MADMAX — это уникальная установка, предназначенная для поиска этих труднодоступных частиц. Якоб Матиас Эгге, ведущий автор исследования и аспирант Гамбургского университета, поясняет: «Эти два гипотетических вида частиц — популярные претенденты на роль тёмной материи. В нашей работе мы представляем результаты поиска тёмных фотонов с использованием небольшого прототипа».
Тёмная материя практически не взаимодействует с обычной материей, поэтому для её обнаружения необходимы сверхчувствительные устройства. Традиционные детекторы часто оказывались неэффективны, особенно для тяжёлых частиц. Поэтому учёные сконцентрировались на лёгких частицах — аксионах и тёмных фотонах.
MADMAX использует диэлектрический галооскоп — прибор с сапфировыми дисками и зеркалом, который усиливает слабые сигналы от тёмной материи. Прототип включает три сапфировых диска, расположенных на определённом расстоянии перед зеркалом. Сапфир выбран за его способности работать на высоких частотах. Если тёмные фотоны существуют, они могут превращаться в обычные фотоны при прохождении через такие материалы. Диски и зеркало настроены так, чтобы усиливать этот процесс на частоте около 20 ГГц, как радиоприёмник, улавливающий нужную волну.
Образовавшиеся микроволновые фотоны захватываются рупорной антенной и анализируются высокочувствительным приёмником. Хотя сигнал зафиксировать не удалось, учёные установили новые, исключительно точные пределы для тёмных фотонов в этом диапазоне масс. «Это первый физический результат прототипа MADMAX, и он в три раза превосходит предыдущие достижения», — отмечают авторы исследования.
Эксперимент подтвердил работоспособность подхода MADMAX. Это первый случай применения такого детектора для поиска тёмных фотонов, и результаты впечатляют. Эгге добавляет: «Теперь, когда концепция детектора доказала свою эффективность, мы можем улучшать его возможности в будущих версиях, чтобы повысить шансы на успех».
Источник: iXBT
