Предложен новый способ поиска темной материи

Физики разработали метод обнаружения миллизаряженных частиц, которые могут быть частью темной материи. Объясняем, как ритмичное изменение заряда в клетке Фарадея поможет зафиксировать неуловимые частицы.

Физики разработали новый метод поиска миллизаряженных частиц.

Источник: Freepik

Группа физиков из Фермиевской национальной лаборатории, Стэнфордского университета и Делавэрского университета предложила использовать классический тест Кавендиша для поиска гипотетических миллизаряженных частиц (мЗЧ). Эти частицы несут крайне малый электрический заряд и считаются одними из главных кандидатов на роль компонентов темной материи, пишет Phys.org. 

Проблема поиска таких частиц заключается в том, что они почти не взаимодействуют с обычной материей. Однако исследователи предложили искать их не в недрах гигантских ускорителей, а прямо на Земле. Предполагается, что эти частицы могут естественным образом накапливаться у края нашей планеты под воздействием ее магнитных полей.

Схема оригинального эксперимента Кавендиша на концентрических проводящих оболочках.

Источник: Berlin et al.

В основе предложенного метода лежит использование клетки Фарадея — проводящей оболочки, которая обычно полностью блокирует электрические поля. Ученые предлагают использовать ее иначе: если миллизаряженные частицы существуют и способны проникать сквозь металл, то, ритмично меняя заряд внутри клетки, можно заставить их двигаться туда-обратно. Это движение создаст слабое, но измеримое электрическое поле, которое и выдаст присутствие невидимых частиц.

«Если бы закон Кулона был абсолютно точным, клетка Фарадея идеально экранировала бы свою внутреннюю часть. Однако наличие микрочастиц может привести к кажущемуся нарушению этого закона», — пояснил старший автор исследования Харикришнан Рамани. Согласно расчетам его команды, такой подход позволяет достичь чувствительности, которая более чем в 1000 раз превышает возможности современных или планируемых экспериментов на ускорителях.

Прогнозируемая чувствительность разработанного командой теста Кавендиша.

Источник: Physical Review Letters

Более того, предложенный метод способен проверить вторую гипотезу: являются ли миллизаряженные частицы субкомпонентом темной материи. Эксперимент теоретически способен обнаружить признаки того, что такие частицы составляют даже ничтожную долю — менее одной части на триллион — от всей темной материи во Вселенной.

Поскольку для проведения опыта требуются существующие технологии, ученые уже работают над созданием прототипа совместно со специалистами из Стэнфорда. Ожидается, что первые результаты могут быть получены всего через несколько лет.

Тем временем российские физики разработали магнитофотонный кристалл, способный менять интенсивность отраженного света под действием магнитного поля. Технология может стать важным элементом будущих оптических компьютеров, где информацию будут переносить не электроны, а фотоны. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.