Имитаторы аксионов: как новые квазичастицы могут привести к разгадке тёмной материи

Физики давно ищут аксионы — гипотетические субатомные частицы, которые могут объяснить загадочную тёмную материю, составляющую значительную часть массы Вселенной, но не взаимодействующую с обычным веществом. Несмотря на десятилетия экспериментов, ни одного настоящего аксиона обнаружено не было. Однако недавний прорыв позволяет взглянуть на аксионы с новой стороны: учёным впервые удалось создать их имитацию в лабораторных условиях.
Имитаторы аксионов: как новые квазичастицы могут привести к разгадке тёмной материи
Изображение носит иллюстративный характер

16 апреля 2024 года в журнале Nature команда исследователей под руководством химика Суян Сюй из Гарвардского университета объявила о получении аксионоподобных квазичастиц в тонком слое особого материала — теллурида висмута и марганца. Это достижение стало результатом пятнадцатилетних попыток воплотить идею, впервые предложенную в 2010 году.

Квазичастицы-имитаторы аксионов возникают благодаря коллективному поведению множества частиц внутри материала. Эти квазичастицы ведут себя почти так же, как и предполагаемые аксионы, что подчёркивает важность работы. Как отметил эксперт по конденсированным средам Соншик О из Ратгерского университета, не участвовавший в исследовании: «Это первое наблюдение чего-то подобного аксионам». Суян Сюй, руководитель исследования, пояснил: «Они ведут себя почти точно так же, как аксионная частица». Его коллега из Гарварда, Цзянсян Цю, добавил: «Это, по сути, определение этой аксионной квазичастицы».

Ключевым материалом для создания таких квазичастиц стал теллурид висмута и марганца, впервые полученный в 2019 году. В этом материале электрическое и магнитное поля необычно связаны между собой: воздействие электрическим полем вызывает намагничивание, и наоборот. Образование аксионной квазичастицы происходит, когда связь между электрическим полем и намагниченностью начинает осциллировать — колебаться особым образом.

Для создания квазичастиц исследователи использовали лазер, чтобы возбудить в материале магнон — волну намагниченности. Вторым лазером они измеряли намагниченность, фиксируя характерные для аксионов осцилляции связи между электрическим полем и намагниченностью. Предыдущие наблюдения аксионоподобных квазичастиц в других материалах были косвенными, но этот эксперимент впервые дал прямое, однозначное свидетельство их существования.

Открытие открывает перспективу создания нового типа детекторов для поиска настоящих аксионов. Предполагается, что если реальный аксион попадёт в область магнитного поля около теллурида висмута и марганца, он сможет преобразоваться в фотон. Этот фотон, в свою очередь, вступит во взаимодействие с аксионной квазичастицей, усиливая сигнал, что позволит зафиксировать частицу.

Обнаружение аксионоподобных квазичастиц в лаборатории не только демонстрирует уникальные свойства новых материалов, но и создаёт платформу для поиска реальных аксионов. Это может привести к прямому обнаружению одной из самых загадочных частиц Вселенной и, возможно, раскрыть природу тёмной материи.


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка