Так из чего состоит темная материя? Ученые усомнились в существовании аксионов

Физики впервые проверили, взаимодействует ли темная материя с антиматерией.

Группа физиков из США и Японии впервые в истории провела эксперимент по взаимодействию антиматерии и аксионов, предположительных частиц легкой темной материи. Новый подход, как ожидается, позволит подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что темная материя состоит из аксионов. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Еще в 1930-х годах астрономы заметили, что галактики движутся намного быстрее, чем должны были, исходя из наблюдаемой массы. Расчеты показали, что в действительности они содержат намного больше массы, чем можно увидеть с помощью телескопов. Этот гипотетический невидимый материал получил название темная материя.

С тех пор астрономы пытаются определить, из каких частиц она состоит. Считалось, что она может состоять из темных фотонов, аксионов, слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), макрочастиц с массами в масштабе карликовой планеты и даже типа скалярных частиц старше, чем Большой взрыв. Однако попытки доказать существование хотя бы одной из этих частиц не увенчались успехом.

Аксионы — это гипотетическая элементарная частица, которая не является дискретной, а действует как волны, текущие по всему пространству и редко взаимодействующие с нормальной материей. В частности, аксионы, как предполагается, имеют слабые, но гипотетически обнаруживаемые взаимодействия с электричеством и магнетизмом.

Главной целью нового эксперимента являлась проверка взаимодействия аксионов с антиматерией, а не с фотонами, электронами или другими частицами, с которыми работают другие исследователи.

В ходе эксперимента исследователи использовали так называемую ловушку Пеннинга — область с особой конфигурацией магнитных и электрических полей, заставляющих обычные ионы и частицы антиматерии двигаться по волнистой линии, закрученной в кольцо. Целью опыта было выяснить, отклоняется ли так спиновая прецессия — качание своеобразной магнитной оси антипротона — от предсказаний классических физических теорий.

Опыт показал, что аксионов, с высокой долей вероятности, не существует, говорится в исследовании.

"Мы планируем повысить точность замеров спиновой прецессии антипротона, что позволит нам наложить еще более строгие ограничения на симметрию свойств антиматерии и обычной материи. Это сделает поиски следов темной материи еще более прицельными", -  говорит Стефан Альмер, ведущий автор исследования.