Ежели черная материя состоит из аксионов, мы можем определить них максимально вскоре

    Следя за галактикой Млечный Путь, мы выяснили, что на каждый кубический погонный метр места, даже тамошний, который занят вашим стулом, существуют маленькое количество материи — примерно в 50 масс протона, — проходящей сквозь него в каждый раздельно заимствованный момент времени. Однако в отличие от частиц, кои составляют вас и ваш стул, эта материя и не ведет взаимодействие с миром. Она и не отражает свет, и не излучается жесткими объектами, проходит через стенки. Эта таинственная субстанция получила заглавие «темная материя».

    Ежели черная материя состоит из аксионов, мы можем определить них максимально скоро

    Так как в каждом кубическом погонном метре ее эдак не достаточно, вы ни разу и не заметите присутствие черной материи. Однако на большенных расстояниях космоса имеется не мало кубических погонных метров, и они все наполнены черной материей. Лишь когда вы следите на общую картинку, становится банальным гравитационное воздействие черной материи. Это же главный родник гравитации, удерживающей каждую галактику; она связывает галактики в накоплениях; она искажает место вокруг галактических накоплений, создавая спецэффект линзирования.

    Однако невзирая на ее значимость для крупномасштабной структуры Вселенной, мы все гораздо и не знаем, чем на деле является черная материя. В текущее время топовым кандидатом на участие ее крупицы числится вимп (WIMP, малосильно взаимодействующая громоздкая частичка). Однако вимпы — и не один-единственный случай. Существуют ряд остальных способностей, кои исследуются. Некие из их используют альтернативные облики громоздких частиц, кои могли бы заходить в состав прохладной черной материи, альтернативные же вообщем частичками и не являются.

    Аксионы, теоретические крупицы, кои вначале обязаны были решить хитрецкую неурядицу, связанную с мощным ядерным взаимодействием, полностью умеют владеть подходящими свойствами, дабы предстать оптимальными кандидатами на участие черной материи. Лесли Розенберг, физики из Вуза Вашингтона, не так давно написал обзор тестов, кои изучают вероятность существования аксионов как только частиц черной материи, для журнальчика PNAS.

    Содержание

    • 1 Жарко либо холодно?
    • 2 Как нам определить них?
    • 3 Астрономические аксионы
    • 4 Просвечивание светом через стенки
    • 5 Поимка аксионов

    Жарко либо холодно?

    Ежели черная материя состоит из аксионов, мы можем определить них максимально скоро

    Посреди различных моделей черной материи существуют две общие категории: жаркая (HDM) и прохладная черная материя (CDM). Жаркий случай получил свое заглавие поэтому, что ее крупицы умеют сновать вокруг с неописуемой скоростью, прямо до субсветовой. Однако жаркая черная материя, похоже, тупиковый случай. Если б крупицы сдвигались эдак резво, большая часть них могло бы покинуть гравитационное притяжение галактик. Заместо сего черная материя образует эффектный сферический нимб вокруг каждой галактики — что значит, быстрее, ее прохладное свойство.

    Физическим отличием меж HDM и CDM является толпа. Ежели черная материя состоит из частиц минимальной массы, них существовало бы легче убыстрить, и так как эти крупицы малосильно ведут взаимодействие с иными частичками, них существовало бы очень тяжело замедлить; такая релятивистская скорость HDM. CDM, но, обязана состоять из наиболее громоздких частиц, так как них и не эдак не сложно убыстрить. Вимпы проникают в эту категорию.

    Аксионы тем самым временем занимают неповторимое пространство в центре меж HDM и CDM. Они владеют минимальной толпой, довольно малорослой, дабы быть HDM, однако и не этакий, дабы замедлиться гравитационно в молодости Вселенной. Сейчас же они ведут себя как только CDM, двигаясь медлительно и образуя нимбы черной материи, которую мы смотрим, даже ежели владеют толпой HDM. Немаловажно отметить, что аксионы довольно малосильно ведут взаимодействие со светом и альтернативный материей, таким макаром, составляя «темную» часть черной материи.

    Одним из преимуществ аксионов как только кандидатов на участие черной материи будет то, что возможно лишь очень специфический спектр масс аксионов, который будет соответствовать наблюдаемой нами черной материи. Если б аксионы были намного легче либо тяжелее, они бы осуществляли наблюдаемые отклонения — довольно явные, дабы мы них уже заметили. К примеру, сверхновая sn1987a растеряла бы энергию, так как аксионы вывезли бы ее из взрывающейся суперзвезды, что привело бы к приметной вспышке нейтрино, доныне неслыханной на Планете земля.

    Этот тонкий спектр способностей выполняет аксионную догадку легкопроверяемой. Так как спектр довольно тонкий, отрицательный опыт а также может исключить саму вероятность существования аксионов в целом. (Вернее, даже ежели они будут существовать, они и не будут сопряжены с черной материей). Но и в целом для науки проверяемая догадка — это же круто.

    Как нам определить них?

    Очередное привилегию аксионов состоит в том, что они умеют спонтанно разлагаться на вещи, кои умеют быть наблюдаемы. Аксион может перевоплотиться в два фотона, а уж этот свет на теоретическом уровне можно зафиксировать. Противоположный процесс, перевоплощение света в аксион, тоже вероятен — и он даже может играться конкретную участие в распространении света. Свет может на мгновение становиться аксионом, который распадается на два фотона, и это же куцее существование аксиона можно анализировать как только виртуальный аксион.

    Альтернативный спецэффект, который умеют проявлять аксионы, можно определить на Солнце — его сейсмическая активность и выход энергии умеют быть сопряжены с взаимодействиями аксионов. Солнечные аксионы умеют рассеиваться в кристалл германия, производя рентгеновские лучи, кои умеют наблюдаться. За исключением тамошнего, аксионы черной материи в нимбах вокруг астрономических объектов вроде остальных галактик умеют спонтанно разлагаться и осуществлять фотоны, кои мы могли бы созидать в телескопах.

    Ежели черная материя состоит из аксионов, мы можем определить них максимально скоро

    К огорчению, ни один из этих тестов и не владеет достаточной чувствительностью, дабы найти спектр масс аксионов, кои умеют быть черной материей. Дабы определить аксионы в этом спектре, существуют несколько других способов в работе.

    Астрономические аксионы

    Астрономические объекты умеют предоставлять нам вероятность следить аксионы. Сверхновые обязаны осуществлять них, как только мы уже помечали, но и альтернативные объекты, типа Солнца, тоже.

    В ядре Солнца свет рассеивается, сталкиваясь с частичками, прыгая от крупицы к крупице, пока что случаем и не покинет Солнце (время от времени спустя 170 000 лет опосля изготовления сего света). По мере тамошнего, как только свет рассеивается в этом процессе, он может превращаться в аксионы. Эти аксионы потом разлагаются на два фотона, будучи гораздо снутри Солнца. Так как аксионы выполняются в жарком ядре Солнца, фотоны, наблюдаемые на Планете земля, обязаны быть в форме рентгеновских лучей. За исключением тамошнего, мы можем случаем найти и сами аксионы, ежели они покинут Солнце.

    Но нам будет очень тяжело отличить аксионы, обнаруженные этаким методом, черной материи от аксионов, образовавшихся в процессе обычных физических действий. Наиболее энергичные действия вроде сверхновых умеют тоже лишить нас способности следить конкретно аксионы черной материи.

    Оптимальный опыт с внедрением сего способа сейчас — это же Axion Solar Telescope при ЦЕРН. Используя дипольный магнит Немалого адронного коллайдера, этот механизм может достигнуть оптимальной чувствительности, следя за аксионами, покидающими Солнце — однако он навряд ли поймает аксионы черной материи, следя за сверхновой sn1987a. Таким макаром, хотя этот опыт сам по самому себе и не может найти аксионы, в будущем он сумеет определенно обусловить характеристики аксионов черной материи.

    Существуют замыслы и на наиболее чувствительные версии экспериментальных инсталляций.

    Просвечивание светом через стенки

    Альтернативный метод найти аксионы черной материи — это же способ «просвечивания светом через стены», который является ровно этим же, об чем вы поразмыслили. Как только мы уже сообразили, свет может преобразовываться в аксионы, а уж аксионы умеют преобразовываться в свет. Потому ежели ученые захочут сделать аксионы в лаборатории, они начнут со света.

    Отправляя поляризованный свет сквозь дипольный магнит, ученые могли бы конвертировать часть света в аксионы. Эти аксионы после чего могли бы проходить через стенку, как только если б ее и не существовало, и возникать на обратной стороне медали. Столкнувшись со вторым дипольным магнитом, аксионы преобразовывались бы в фотоны опять, и это же можно существовало бы зафиксировать. Справедливости ради, необходимо отметить, что это же определенно и не измерение раньше существовавших аксионов, потому лишь только ли это же продемонстрирует аксионы черной материи в воздействии — только ежели мы убедимся, что эти аксионы соответствуют подходящей толпе в спектре. Все же этакий опыт будет сильным сам по самому себе.

    Неполадка в фолиант, что этот процесс (перевоплощения фотонов в аксионы) происходит позарез изредка — эдак изредка, что будет мудрено отличить подходящую вспышку света от окружающего шума. В итоге сего, эта методика и не будет довольно чувствительной, дабы подчеркнуть надобные аксионы из спектра масс.

    Некие опыты, кои строятся ныне, пробуют решить эту неурядицу, добавляя эдак именуемые оптические резонаторы Фабри-Перо по обе стороны стенки. Они повышают число фотонов, преобразующихся в аксионы, и напротив, что может породить массивный сигнал — довольно массивный, дабы отличить его от шума. В любом случае над сиим гораздо ишачить и ишачить.

    Поимка аксионов

    Альтернативный подход знаменит как только радиочастотная техника. В ее базе покоится способность аксионов разлагаться на свет. Аксионы, кои являются частью нимба черной материи Млечного Пути, всегда обязаны проходить сквозь Планету земля, другими словами присутствуют в границах досягаемости. Единственное, что нужно, это же верный сачок. Как только и альтернативные кандидаты на черную материю, аксионы умеют проходить сквозь жесткую материю, потому изловить даже один этакий будет очень тяжело. Однако в отличие от остальных кандидатов, аксионы умеют вести взаимодействие с магнитным полем. В этаком случае аксионы можно провоцировать для распада на микроволновые фотоны. Эти-то фотоны и планируют найти ученые.

    Сачком, в этом случае, будет эдак именуемая РЧ-полость, чугунный цилиндр, выступающий в качестве резонатора, который сохраняет снутри электрические волны, пойманные снаружи.

    Этот подход взял за базу Axion Dark Matter eXperiment (ADMX). РЧ-полость в высоту четверо погонного метра, операционная зона, в какой будут ловиться аксионы, в высоту погонный метр. Полость окружена сильным магнитом. Главная неполадка сего опыта, как только и почти всех остальных в области астрономии, это же уменьшение шума. Аксионы, входящие в нимб Млечного Пути, создают очень слабенькие фотоны, кои мудрено отличить от фонового шума.

    Дабы совладать с данной неувязкой, прибор ADMX не так давно существовало переоборудовано. Его транзисторные усилители поменяли на сверхпроводящие квантовые интерференционные прибора (SQUID). Они наиболее эффективны в усилении сигнала микроволновых фотонов. ADMX, снабженный SQUID, довольно чувствителен, дабы найти аксионы из гало Млечного Пути с высочайшей степенью достоверности. В течение последующих пары лет, этот опыт сумеет совсем исключить аксионы из раздела черной материи, или подтвердить эту догадку.

    Ежели аксионы вправду окажутся частью черной материи, это же будет хорошая новинка: физики сумеют обнаруживать и проводить опыты с черной материей, для космологии это же священная мечта. Однако беря во внимание то, что перед началом финала нет убежденности в фолиант, что черная материя вообщем ведет взаимодействие — в гадком случае ее вообщем нереально существовало бы следить — обнаружение этаких аксионов станет заправдашним прорывом.