Взломать Вселенную. Физики нашли следы загадочных частиц, из которых состоит темная материя
Научпоп19 января 2021, 07:02
Если их выводы подтвердятся, это открытие может помочь разгадать некоторые загадки Вселенной, главная из которых — природа темной материи.
«Обнаружение аксионов было одним из основных направлений физики частиц высоких энергий, как в теории, так и в экспериментах», — приводит Science Alert слова астронома Раймонда Ко из Университета Миннесоты.
Существование аксионов ученые предполагали уже давно, но до этого времени никто не мог их обнаружить. «Они могут находиться где угодно во Вселенной, но они не сильно взаимодействуют с нами, поэтому у нас нет никаких наблюдений, пока их нет», — продолжает астроном.
Аксионы — это гипотетические частицы со сверхмалой массой. Их существование предполагают многие модели теории струн, которая объединяет идеи квантовой механики и теорию относительности Эйнштейна. Она предполагает, что взаимодействия всех фундаментальных частиц, их массу и заряд определяют вибрации одномерных ультрамикроскопических струн — тех самых аксионов. А из них, в свою очередь, гипотетически состоит темная материя.
Малейшие доказательства теории струн могут сделать ее Теорией всего, что позволит объяснить такие противоречивые понятия как квантовая гравитация. Доказав теорию струн, ученые смогут объединить разные модели физики и ответить на ее фундаментальные вопросы. Именно для доказательства этой теории ученым так важно было найти аксионы.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Один из способов поиска аксионов — поиск избыточного электромагнитного излучения. Ожидается, что аксионы распадутся на пары фотонов в присутствии магнитного поля, поэтому, если в области, где ожидается этот распад, будет обнаружено больше излучения, чем должно быть, это может указывать на наличие аксионов.
Именно на высокий уровень рентгеновского излучения обратили внимание астрономы, когда следили за Великолепной семеркой. Это группа нейтронных звезд, появившиеся в результате взрыва сверхновой примерно несколько сотен тысяч лет назад. У каждой из них сильное магнитное поле — в триллионы раз сильнее, чем у Земли, — которого достаточно для того, чтобы предположить там существование аксионов.
Группа исследователей во главе с физиком Бенджамином Сафди из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли изучала Великолепную семерку с помощью нескольких телескопов. Они заметили, что от них исходит высокоэнергетическое излучение, нетипичное для нейтронных звезд этого типа.
В исследование было включено много моделирования, анализа данных и теоретической работы из-за недостаточной изученности нейтронных звезд. Поэтому существует вероятность, что дело не в аксионах — такое количество радиации могут излучать пульсары, но в Великолепной семерке отсутствуют другие излучения, характерные для этих звезд. Также это мог быть ранее неизвестный астрофизический процесс. Или это может быть что-то простое, например, артефакт от телескопов или обработки данных.
Но Сафди и его команда надеются, что объяснение такого количества рентгеновского излучения лежит за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц или человеческого фактора.
«Мы не утверждаем, что мы нашли аксионы, но мы говорим, что дополнительные рентгеновские фотоны можно объяснить именно так», — говорит Раймонд Ко, работавший в команде Сафди. — «Это захватывающее открытие, которое согласуется с нашей интерпретацией аксионов».
Сейчас астрофизики надеются использовать новый телескоп NASA NuSTAR для наблюдения за Великолепной семеркой в более широком диапазоне длин волн, чтобы проверить свою находку и попробовать ее подтвердить. Также они планируют следить за другими звездами — белыми карликами, которые обладают сильными магнитными полями и при этом в них не должно быть рентгеновского излучения.
- Ученые раскрыли тайну внешней Солнечной системы. Почему тут нарушаются законы физики?
- Удивительная точность. Физики измерили самую маленькую единицу времени
- Ядовитая планета? Физики выяснили, как Земля стала пригодной для жизни
- Загадка Вселенной и революция в энергетике. Топ-10 открытий в физике за прошедший год
- Физики получили новые данные про антиматерию. Но мы до сих пор не знаем, почему ее так мало