Земля стала детектором тёмной материи: более 10 лет магнитометры в…

Земля как детектор тёмной материи: физики проанализировали 10 лет магнитного поля и нашли 65 загадочных сигналов

Физики из исследовательской группы, опубликовавшей результаты в журнале Progress of Theoretical and Experimental Physics, применили нестандартный подход к поиску тёмной материи. Вместо строительства дорогостоящих детекторов они использовали данные наблюдений за магнитным полем Земли с обсерватории Эскдалемюр в Шотландии. Проанализировав измерения, охватывающие более десяти лет, учёные выявили 65 устойчивых сигналов, которые не удалось объяснить известными помехами, и одновременно установили самый строгий прямой предел на свойства аксионов — гипотетических частиц, которые могут объяснить до 85% массы Вселенной.

Аксионы — крайне лёгкие частицы, почти не взаимодействующие с обычным веществом. Они свободно проходят сквозь любые объекты, включая Землю, и если они существуют, то должны вносить вклад в гравитационные эффекты, которые мы приписываем тёмной материи. Согласно теоретическим моделям, при прохождении через земное магнитное поле аксионы могут порождать сверхнизкочастотные электромагнитные волны с частотами от долей герца до нескольких герц. Именно эти колебания учёные пытались зафиксировать.

Данные с магнитометров обсерватории Эскдалемюр собирались с сентября 2012 года по ноябрь 2022 года с частотой измерений 100 раз в секунду. Весь массив был разбит на 9909 восьмичасовых фрагментов, в каждом из которых исследователи искали устойчивый узкий пик на постоянной частоте — именно так должен выглядеть сигнал от аксионов, тогда как обычные шумы со временем дрейфуют.

Первичный анализ дал более 800 кандидатов. После проверки, что сигнал присутствует в каждом году наблюдений, а не только в среднем по всему сроку, их число сократилось до 375. Затем отсеяли частоты, которые обычно порождает сама электроника — они слишком ровные, чтобы быть природным явлением. Осталось 65 сигналов, каждый из которых пережил все фильтры. Однако утверждать, что это именно аксионы, пока нельзя: это могут быть неучтённые геомагнитные эффекты или другие неизвестные источники.

Тем не менее, сам метод — использование Земли как естественного гигантского детектора — является примером остроумного подхода к решению одной из главных загадок современной физики. Вместо поиска дорогостоящих способов создания лабораторных условий, учёные используют существующие данные и естественные процессы. Если аксионы действительно существуют, такой подход может стать ключом к их обнаружению — и тогда мы не просто найдём новую частицу, а поймём структуру 85% материи Вселенной, которая до сих пор остаётся невидимой. В любом случае, даже если эти 65 сигналов окажутся обычными помехами, Земля как детектор уже показала свою ценность: наука получает новый мощный инструмент, который можно использовать в будущем.

Читайте также: