|
|||||||||
|
|
||||||||
29.12 - 22:12
Темные аксионы ограничили с помощью нейтронных звездУченые использовали данные об излучении нейтронных звезд в радиодиапазоне для поиска аксионов — гипотетических элементарных частиц, претендующих на принадлежность к темной материи. Физики воспользовались тем, что сильное магнитное поле от нейтронных звезд должно приводить к переходу темных аксионов в фотоны, которые уже можно зарегистрировать на Земле с помощью радиотелескопов. Исследователям не удалось зарегистрировать такие процессы, но полученные ограничения на константу взаимодействия превзошли другие эксперименты в части диапазона масс, а совершенствование метода и новые телескопы в будущем потенциально позволят использовать нейтронные звезды для обнаружения легчайших частиц темной материи. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Физики уже давно научились с высокой точностью предсказывать характеристики материи с помощью Стандартной модели: поиск отклонений экспериментальных данных от прогнозов этой общепринятой теории вырос в отдельную область физики частиц. Тем не менее Стандартной модели недостаточно для полного описания нашего мира, даже если забыть про не входящую в нее гравитацию. К примеру, в рамках этой теории нельзя объяснить аномально высокую скорость вращения внешних областей галактик и эффект гравитационного линзирования: для этого недостаточно присутствия во Вселенной только видимой материи. Эта проблема решается, если предположить, что во вселенной существует еще не известная нам форма материи, которая и играет роль скрытой массы в описанных выше явлениях. Ее существование предсказывается и из данных о флуктуациях в температуре реликтового излучения. Из-за того, что она не должна быть видима напрямую, такой гипотетической форме материи дали общее название — темная материя. Существует множество предположений о форме, в которой могла бы существовать темная материя: от легчайших стерильных нейтрино до тяжелых вимпов. Одним из альтернативных кандидатов на роль частиц темной материи является темный аксион — гипотетическая сверхлегкая нейтральная элементарная частица. Помимо объяснения природы темной материи, существование аксионов позволило бы приблизиться к объяснению и сильной CP-проблемы — еще одной неточности предсказаний Стандартной модели, заключающейся в отсутствии нарушений CP-симметрии в квантовой хромодинамике. На практике эта проблема проявляется, к примеру, в том, что по последним экспериментальным данным у нейтрона нет электрического дипольного момента, причем погрешность этих результатов в триллион раз меньше, чем предсказываемое теорией абсолютное значение самого дипольного момента. Именно в попытке объяснить CP-инвариантность квантовой хромодинамики Роберто Печчеи и Хелен Квинн постулировали существование аксиона в 1977 году. Однако ни аксионы в рамках Стандартной модели, ни их темные аналоги, как и другие гипотетические темные частицы, пока не удалось зарегистрировать с уверенностью в результате. Регистрация темных аксионов — крайне сложная задача: согласно предсказывающим их существование теориям, такие частицы очень слабо взаимодействуют с частицами Стандартной модели. Но в этом случае полезным для физиков обстоятельством является другая особенность темного аксиона, который может превращаться в фотон при взаимодействии с сильным магнитным полем с резонансной для аксиона частотой. При этом частота рожденного фотона, как, собственно, и резонансная частота, зависит от массы аксиона, и для предполагаемой массы в 5 — 25 микроэлектронвольт лежит в радиодиапазоне: порядка нескольких гигагерц. Это явление, которое в общем случае называется эффектом Примакова, заставило физиков взглянуть на нейтронные звезды как на потенциальный источник таких фотонов: ведь сами нейтронные звезды являются источниками сильнейших магнитных полей, мы многое знаем об их спектрах, и некоторые из них расположены от нас на достаточно небольшом расстоянии (порядка сотен парсек). В случае, если в окрестности нейтронной звезды возникает необходимое магнитное поле, в ее спектре могут быть зарегистрированы следы превращения темного аксиона в фотон, а частота последнего будет говорить о массе аксиона. Группа ученых во главе с Джошуа Фостером (Joshua Foster) из Мичиганского университета использовали радиотелескоп Грин-Бэнк и Эффельсбергский радиотелескоп для наблюдения за рядом объектов, от которых ожидался яркий сигнал преобразования аксионов в фотоны, в том числе за центром Млечного Пути, а также за двумя близлежащими к нему нейтронными звездами RX J0720 и RX J0806. Чтобы исключить влияние фона при измерениях на Грин-Бэнк, исследователи периодически (раз в 5 минут при общей длительности измерений в 40 минут) отводили телескоп от исследуемого объекта на соседний участок условно пустого неба, а в случае измерений Эффельсбергского телескопа ученые ограничились однократными длительными измерениями объектов и пустого неба. Полученный фон вычитался из итоговых измерений, а результатом наблюдений стала зависимость от частоты верхнего предела плотности потока излучения исследованных источников в диапазоне от 1,2 до 2,7 гигагерц, но в итоговых данных не нашли следов процессов перехода аксионов в фотоны.
Полученные ограничения на константу взаимодействия из данных для центра Млечного Пути (черный цвет) с погрешностью (зеленый цвет) и двух нейтронных звезд (красный цвет). Серый цвет — результаты экспериментов CAST, UF и RBF; желтый цвет — предсказания для аксионов в рамках квантовой хромодинамики.
Никита Козырев https://nplus1.ru/ Ключевые слова:
|
|||||||||
Читайте также:
The importance of rehabilitation equipment for people with disabilitiesIn the modern world, issues of assistance to people with disabilities are mostly aimed at improving their quality of life and integration into society. Важность реабилитационного оборудования для людей с ограниченными возможностямиВ современном мире вопросы помощи инвалидам в большинстве своем направлены на улучшение их качества жизни и интеграцию в общество. Здоров'я важливо! Як розпізнати діабет другого типу за симптомамиДіабет другого типу є серйозним захворюванням, що може впливати на якість життя людини. Опасные вещества, ослабляющие защитные силы организмаВ современном мире, к сожалению, многие факторы могут влиять на состояние нашего здоровья, включая его защитные механизмы. Gesundheit ist wichtig! Wie man Typ-2-Diabetes an den Symptomen erkenntTyp-2-Diabetes ist eine schwere Erkrankung, die die Lebensqualität eines Menschen beeinträchtigen kann. |
|||||||||
|