Исследователи из Университета Райса (США) и Лейденского университета (Нидерланды) впервые использовали метод магнитной левитации для поиска темной материи — загадочной субстанции, которая составляет около 85 % всей материи во Вселенной. Этот опыт открывает новейшие способности для базовой физики. Результаты исследования опубликованы в издании Physical Review Letters.
Темная материя не светится, не поглощает и не отражает света, поэтому увидеть ее напрямую мы не можем. Однако она имеет массу и взаимодействует с окружающим миром из-за гравитации. Именно ее гравитационное влияние астрономы наблюдают в движении светил, формировании галактик и даже в ускорении расширения Вселенной. Разгадать природу темной материи — это как найти ключ к пониманию «скрытой» части космоса, в значительной степени определяющей его поведение.
Чтобы сделать первый шаг к этому команда создала эксперимент под названием POLONAISE. В специальную камеру, охлажденную почти до абсолютного нуля, они поместили неодимовый микроскопический магнит. Благодаря сверхпроводящим свойствам материалов и эффекту Мейснера, магнит начал левитировать — буквально завис в воздухе без физического контакта с поверхностью.
Такой «подвешенный» магнит оказался чрезвычайно чувствительным к любым внешним воздействиям. Идея заключалась в том, что если сквозь него пройдет темная материя, а именно ее гипотетические векторные частицы, которые передают так называемые «темные» силы, отличные от обычных электромагнитных, то это может вызвать едва заметное смещение или колебания, которые прибор сможет зафиксировать.
Чтобы понять, почему это важно, стоит немного углубиться в теорию. Согласно одному из предположений, темная материя может состоять из векторных частиц, практически не взаимодействующих с обычной материей. Они создают крошечные силы, проходящие через все — даже через Землю. Такой «ветер темной материи» может слегка толкнуть левитирующий магнит — и это станет подсказкой: что-то невидимое все-таки рядом.
И хотя исследователям пока не удалось обнаружить прямые следы темной материи, сам факт, что система способна улавливать микроскопические изменения, это уже доказательство того, что метод работает.
«Мы открываем новый путь к разгадке одной из самых больших тайн в физике, — отметил Дориан Амарал, соруководитель проекта. — Эти детекторы чувствительнее оптических или электрических: они не боятся теплового шума и могут улавливать самые слабые сигналы».
Этот эксперимент доказывает, что магнитная левитация может стать полноценным инструментом в поисках темной материи, наряду с большими научными установками, такими как LIGO/Virgo или KAGRA, которые ищут гравитационные волны. К тому же такая установка компактна и потенциально дешевле в производстве и использовании.
Хотя POLONAISE — это только первый шаг, его результаты помогают не только сузить поиски темной материи, но и сигнализируют о необходимости создания более чувствительных сенсоров. А это значит, что мы становимся на шаг ближе к раскрытию одной из самых древних загадок космоса.
