Екип от китайски физици е установил нови лабораторни ограничения върху параметрите на взаимодействие на аксионната тъмна материя с обикновената материя.

Учените са използвали разпределена мрежа от високочувствителни квантови сензори

В продължение на няколко седмици те са се опитвали да открият редки и непредсказуеми сигнали, които биха могли да показват преминаването на Земята през специални структури на тъмната материя. Но не са открили статистически значими събития.

Резултатите са публикувани в сп. Nature.

Съвременната космология предполага съществуването на тъмна материя във Вселената, която се проявява чрез гравитация, но все още не е открита чрез други взаимодействия.

Аксионите – ултралеки частици, способни да се държат като поле и да образуват макроскопични структури като доменни стени – се считат за вероятни кандидати за частиците на такава материя.

Теоретично, когато Земята преминава през такава област, градиентът на аксионното поле би трябвало да оказва влияние върху спиновете на атомните ядра. И да ги кара да се завъртят за кратко под микроскопичен ъгъл.

Екип, ръководен от Дзян Минг и Пенг Синхуа от Китайския университет за наука и технологии, е създал мрежа от пет сензора. Те са базирани на хиперполяризирани ядра ксенон-129.

Четири от сензорите са били разположени в лаборатория в Хефей, а петият – в Ханджоу, на 320 км.

GPS синхронизира всички устройства

Сензорите използват пари от рубидий-87, които не само изпомпват ксенона, но и отчитат сигнала. Най-малкото завъртане на ксеноновите спинове предизвикваше прецесия, която беше открита като магнитно поле.

Използвайки техники за усилване на сигнала и потискане на шума, чувствителността на системата е достигнала няколко микрорадиана.

Експериментът е проведен от 20 юли до 31 август 2022 г. Събрани са 739 часа чисто време за наблюдение.

Редовното калибриране на мрежата е извършвано на всеки час с помощта на контролни импулси.

Получените данни са анализирани от специализиран алгоритъм

Той е избирал потенциални събития и ги е сравнявал с фонови стойности, получени чрез компютърни симулации.

Не са открити събития, които надеждно да показват пресичането на топологични дефекти на тъмната материя.

Липсата на положителен резултат позволила на учените да установят най-строгите до момента ограничения за силата на аксион-нуклонните взаимодействия в специфичен масов диапазон.

Тези данни значително стесняват областта на търсене за бъдещи експерименти и усъвършенстват настоящото разбиране за свойствата на мистериозната тъмна материя, продължавайки да изключват непотвърдени хипотези.