Космические атомные часы могут помочь раскрыть природу темной материи

Хотя уже было проведено множество экспериментов на Земле, чтобы попытаться обнаружить темную материю, загадочное вещество остается неуловимым. Теперь физики предложили новый эксперимент, который попытается найти сигналы, отправив атомные часы туда, где темная материя должна быть наиболее плотной — прямо возле Солнца.

Вещество, которое мы видим вокруг себя каждый день, составляет лишь незначительную массы Вселенной. Остальная связана со странным невидимым веществом, которое не отражает и не излучает свет, отсюда и его название — темная материя.

Однако она дает о себе знать благодаря гравитационному взаимодействию со светом и обычной материей, и доказательств ее существования становится все больше.

К сожалению, лучшее доказательство — прямое обнаружение — продолжает ускользать от ученых, несмотря на десятилетия поисков.

Были проведены эксперименты по обнаружению темной материи на основе свойств, которые она может иметь или не иметь, согласно предсказаниям различных моделей.

Наиболее распространенная идея заключается в том, чтобы разместить огромный резервуар с детекторным материалом глубоко под землей, вдали от помех, и дождаться того редкого случая, когда частица темной материи столкнется с атомным ядром в резервуаре.

Другие эксперименты наблюдают за электромагнитными эффектами, которые, по прогнозам, будут производить некоторые гипотетические частицы темной материи.

До сих пор ни один из этих экспериментов не обнаружил никаких признаков темной материи. Но, возможно, это потому, что ученые искали не в том месте — на Земле.

Модели предполагают, что самая высокая плотность темной материи в Солнечной системе будет находиться рядом с Солнцем, поэтому новое исследование предлагает начать поиск именно с этого места.

Физики наметили потенциальный новый метод обнаружения темной материи вблизи Солнца. Там плотность материала должна быть достаточно высокой, чтобы его предсказанные сигналы были намного четче, чем на Земле.

В моделях, в которых частицы темной материи имеют чрезвычайно малую массу, можно предсказать, что они будут вызывать колебания некоторых констант, таких как масса электрона или сила электромагнетизма.

Эти изменения, в свою очередь, повлияют на энергию атомов при переходе из одного состояния в другое. Поскольку атомные часы работают, измеряя частоту фотонов, испускаемых атомами, переходящими из одного состояния в другое, они должны быть в состоянии определить, когда темная материя вызывает эти колебания.

«Чем больше темной материи возле эксперимента, тем больше эти колебания, поэтому локальная плотность темной материи имеет большое значение при анализе сигнала», — сказал Джошуа Эби, автор исследования.

Важно отметить, что команда ученых говорит, что технология, необходимая для проведения эксперимента, уже существует. Атомные часы широко используются для синхронизации космических аппаратов, а специальное экранирование солнечного зонда Parker продемонстрировало, что можно совершать полеты на околосолнечных орбитах.

«Дальние космические миссии, в том числе возможные будущие миссии на Марс, потребуют исключительного хронометража, который будет обеспечиваться атомными часами в космосе», — сказал Джошуа Эби.

«Возможной будущей миссии с защитой и траекторией, очень похожей на солнечный зонд Parker, но с устройством атомных часов, может быть достаточно для проведения поиска».

Хотя точная плотность темной материи вблизи Солнца неизвестна, исследователи утверждают, что даже поиск с относительно низкой чувствительностью может предоставить важную информацию.

Статья с описанием идеи была опубликована в журнале Nature Astronomy.