Темная материя, эта невидимая субстанция, которая составляет около 80% всей массы Вселенной, продолжает ускользать от физиков: за почти столетие поисков ни один детектор не смог зафиксировать ее напрямую — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор новостей
Международная команда ученых из Израиля, Германии и США предложила принципиально новый, необычный инструмент для поиска темной материи — ядерные часы, основанные на уникальных свойствах изотопа тория‑229.
В отличие от привычных атомных часов, которые измеряют время по переходам электронов между энергетическими уровнями, ядерные часы сфокусированы на происходящем внутри ядра и измеряют переходы протонов и нейтронов. Они намного лучше защищены от внешних воздействий, чем электроны, поэтому ядерные часы крайне чувствительными к тончайшим колебаниям, которые способна вызывать темная материя.
Изотоп тория-229 выбран для ядерных часов не случайно — он обладает самой низкой энергией возбуждения среди всех известных науке атомных ядер. Это свойство, открытое еще в 1976 году, делает торий-229 единственным элементом, ядро которого можно изучать с помощью лазерной спектроскопии — метода, обычно применимого только к электронам.
«В мире, состоящем только из видимой материи, спектр поглощения любого вещества оставался бы постоянным», — объясняет профессор Гилад Перес из Института Вейцмана. «Но поскольку темная материя окружает нас, ее волновая природа может незначительно изменять массу атомных ядер и вызывать временные сдвиги в их спектре поглощения».
Физики проанализировали спектры тория-229 из лабораторий в Колорадо и немецкого национального метрологического института PTB. Они моделировали, как темная материя может искажать форму ядерных линий — детальный профиль интенсивности сигнала на разных частотах. При этом роль играет не только положение пика сигнала, но и вся его форма, которая может содержать скрытые признаки невидимых сил.
Сравнивая измерения с теоретическими моделями, команда впервые установила экспериментальные ограничения того, как сверхлегкая темная материя может взаимодействовать с ядерной материей. Пока использованные спектры имели ширину линии около 20 гигагерц — это слишком много для точного обнаружения темной материи. Но недавние эксперименты уже сузили ее до 300 килогерц, а будущие работы могут довести до сотен герц.
Улучшение величины на восемь порядков можно сравнить с переходом от размытого пятна размером с гору к точке лазерной указки. При такой точности ядерные часы превзойдут атомные и станут самым чувствительным инструментом для поиска сверхлегкой темной материи.
Потенциал метода поражает воображение. После завершения разработки ядерные часы смогут «ощущать силы в 10 триллионов раз слабее гравитации, с разрешением в 100 тысяч раз лучше, чем у современных детекторов темной материи», сообщают авторы работы.
Пока темная материя остается неуловимой, но сам поиск демонстрирует изобретательность современной физики. В случае успеха новый метод может не только раскрыть одну из главных тайн Вселенной, но и полностью изменить существующие подходы к навигации, глобальным коммуникациям, а вместе с ними — и наше понимание фундаментальных законов природы.
Ранее мы рассказывали еще об одном необычном детекторе, который сможет обнаружить темную материю.
