Може би аксионите вече са открити

…И заедно с тях – тъмната материя. Вярно, за да се убедим в това, са необходими серия експерименти – за щастие, сравнително прости и бързо организирани.

Търсенето на слабо взаимодействащите частици тъмна материя (WIMP, вимп) засега не е много резултатно.

Назрява въпросът: какви още частици може да са кандидати за ролята на тъмна материя?

Отдавна за това място претендират аксионите – хипотетични неутрални частици, които би трябвало слабо да взаимодействат с обичайното барионно вещество и в края на жизнения си път да се разпадат на двойка фотони. Само дето всички опити за откриването на следи от такива частици в експериментите са завършвали безрезултатно.

Или така ни се е струвало, смята Кристиан Бек от Кеймбриджкия университет (Великобритания), автор на разглежданото тук провокативно изследване. Определена аномалия в експериментите със свръхпроводници може да е резултат от дейността именно на аксионите, преминаващи през експериментална инсталация. И ако това е така, то за маса от 0,11 meV аксионите вече са открити!

Разбира се, рано е да хвърляме шапки във въздуха. Първо, масата е прекалено малка. Второ, всичко това трябва да се потвърди, но безспорен плюс на хипотезата е сравнително лесната й проверяемост. Експерименти със свръхпроводимост не се изискват от Големия адронен колайдер, затова още в близко време ще разберем: аксиони ли са били това, или просто шум.

Традиционното търсене се основавало на това, че при преминаването през магнитно поле аксионът трябва да се разпада на два фотона и обратното. Засега всички опити да се открие по такъв начин аномално раждане на фотони са били неуспешни, но Бек смята, че има по-прост метод.

Той предлага да се използват преходи на Джоузефсън – двойка свръхпроводници, разделени помежду си да речем от слой изолатор. Свръхпроводниците ще обменят двойки електрони през разделящата ги област с честота, наречена честота на Джоузефсън. Такива уреди доста широко се използват в експерименталната техника още днес и не са нещо екзотично.

В предложената схема, ако честотата на Джоузефсън съвпада с масата на аксиона, то в момента, когато последният влезе в изолатора между двата свръхпроводника, той ще даде рязка „гърбица”, скок в регистрацията на обмена на електронни двойки между свръхпроводниците.

Завършвайки описанието на схемата, Бек напомня, че именно тя вече е реализирана в експеримент от 2004 година, когато Кристоф Хофман и неговите съавтори изучавали различни видове шумове в преходите на Джоузефсън. Почти всички те тогава са обяснени, освен силния ръст на шумове в района на 0,11 meV, когато преносът на електронни двойки без видима причина рязко се е учестявал.

Ако всичко е именно така – аксионите съществуват, макар масата им да е около 5 млрд. пъти по-малка от тази на електрона. Всичко, което е необходимо, за да се убедим в това, е да пробваме същите опити с преходи на Джоузефсън, защитени от различни видове екраниране.

Ако Кристиан Бек е прав, ловът на тъмната материя най-после ще се приближи към своя малко неочакван край. Но освен общия призив към внимание в интерпретациите на неговото изследване, ще отбележим допълнително, че за пълното покриване на цялата тъмна материя аксионите не просто трябва да ги има, но и да се срещат доста често в пространството на нашата Вселена.

Отчет за изследването ще бъде публикуван в сп. Physical Review Letters, а с достъпната му версия можете да се запознаете тук.

Източник: Ars Technica