Новое исследование проливает свет на аксионную темную материю
Ученые из Даремского университета и Королевского колледжа Лондона представили теоретический обзор нового исследования, поддерживающего поиск аксионной темной материи.
Идентичность темной материи, которая составляет 85% материи во Вселенной, является одним из больших вопросов, оставшихся без ответа в физике элементарных частиц.
Ученые знают о ее существовании из-за ее гравитационного воздействия на звезды и галактики, но что за частицы ее составляют, до сих пор остается загадкой.
Исследователи проанализировали, как аксионы могут быть описаны математически, и представили, как они соотносятся с фундаментальными симметриями Стандартной модели физики элементарных частиц.
Аксион объясняет, почему сильное взаимодействие — сила, связывающая вместе кварки в протонах и нейтронах — подчиняется симметрии обращения времени. Это означает, что на субатомном уровне процессы, вызванные сильным взаимодействием, выглядели бы так же, если бы направление времени было изменено на противоположное.
Почему сильное взаимодействие подчиняется симметрии обращения времени, пока неизвестно. Аксион — популярное решение этой загадки.
Аксионная темная материя ведет себя скорее как поле, покрывающее Вселенную, чем как отдельные частицы. В ранней Вселенной величина аксионного поля начинает колебаться. Энергия, запасенная в этих колебаниях, представляет собой аксионную темную материю.
Известно, что темная материя любого вида может очень слабо взаимодействовать со светом, иначе она уже была бы замечена учеными.
Темная материя Аксиона очень слабо взаимодействует со светом, но, внимательно изучив наблюдения телескопов, исследователи смогут увидеть признаки этого взаимодействия.
Например, фотон (частица света), путешествующий через магнитное поле, с небольшой вероятностью может превратиться в аксион. Этот процесс вызовет необычные особенности в телескопических наблюдениях за галактиками, сияющими через магнитные поля.
Полный анализ исследования опубликован в журнале Science Advances. Сопутствующая обзорная статья — «Темная материя Аксиона: как ее увидеть?» — показывает, как вскоре аксион можно будет обнаружить в лаборатории.
Исследователи надеются, что обзор повысит интерес и понимание физики аксионов в более широком сообществе физиков и ученых.