Сложность таких измерений заключается в крайне малом отклонении маятников, сопоставимым с квантовым шумом, а также время взаимодействия: при средней скорости темной частицы в 220 километров в секунду характерное время взаимодействия не превышает 10
-8 секунды. Поэтому в такой системе особо важную роль играет система подавления шума, связанного с квантовыми колебаниями, фоновыми событиями и «ошибками» регистрации.
Авторы отмечают схожесть возникающих в такой системе маятников квантовых шумов с теми, с которыми успешно борются на детекторе гравитационных волн aLIGO, ссылаясь на успех последнего. Ученые говорят и об области применимости подобного детектора в рамках современных представлений о темной материи: при такой массе темная частица наверняка не будет элементарной и может представлять собой темное ядро или связанный сгусток темных кварков. Однако при повышении числа маятников в детекторе есть вероятность, что в зону его чувствительности попадут и тяжелые элементарные частицы темной материи в рамках потенциальной теории Великого объединения.
nplus1.ru, 15 октября 2020, Никита Козырев
https://nplus1.ru/news/2020/10/15/dark-matter-pendulums
Журнал Physical Review D, 2020
Дэниэл Карни (Daniel Carney) из университета Мэриленд
Часть 11-13
Поиск легких частиц
Содержание
(том – часть – глава)
11-13-1. CERN превратил Солнце в линзу для аксионного телескопа
11-13-2. В поисках темной материи аксионам остается все меньше шансов на существование
11-13-3. Эксперименты по поиску темных аксионов добрались до проверки теоретических моделей
11-13-4. Физики исследовали коллапс аксионной темной материи на домашнем компьютере
11-13-5. Прототип ABRACADABRA не помог найти темную материю
11-13-6. Новые данные с телескопа EHT исключают существование аксионов в определенном диапазоне масс
11-13-7. Галоскоп ORGAN не нашел аксионов массой от 63 до 67 микроэлектронвольт
11-13-8. Гравитационное линзирование указало на волновую природу темной материи
11-13-9. На DESY стартовал эксперимент ALPS II по поиску аксионов
11-13-10. Физики ограничили ультралегкую темную материю при помощи атомных часов
Глава 11-13-1
CERN превратил Солнце в линзу для аксионного телескопа
Декабрь 2016
18 декабря 2016 года в CERN на солнечно-аксионном телескопе CAST прошел первый сеанс поиска частиц-кандидатов на роль темной материи, излучаемых сверхмассивной черной дырой, расположенной в центре Млечного Пути. Солнце в этот день было точно на линии между Землей и сверхмассивным объектом и могло выступить в роли гравитационной линзы, усиливающей поток частиц от небесного тела в миллиард раз. Об этом сообщает пресс-релиз CERN.
Аксионы и хамелеоны, которые искал CAST, — одни из вероятных кандидатов на роль частиц темной материи. Хамелеоны, к примеру, меняют свою эффективную массу в зависимости от окружения. Аксионы были введены для того, чтобы объяснить, почему в сильном взаимодействии не нарушается CP-симметрия. Все они очень слабо взаимодействуют с веществом и заметить их можно лишь при определенных условиях. К примеру, считается, что в сильных магнитных полях и аксионы и хамелеоны способны осциллировать в фотоны. Одним из наиболее перспективных источников аксионов физики называли плазму в ядре Солнца.
Именно для поиска солнечных аксионов и был построен CAST. В основе телескопа лежит прототип дипольного магнита коллайдера. Пустая трубка, по которой предполагалось пускать протоны, служит в устройстве зрительной трубой. Аксионы (как и другие возможные кандидаты на частицы темной материи), по замыслу ученых, могут превращаться в сильных магнитных полях в фотоны высоких энергий — рентгеновского диапазона — и регистрироваться соответствующим детектором. До сих пор телескоп не обнаружил следов экзотических частиц.
В новом сеансе наблюдений в роли потенциального источника аксионов и хамелеонов выступала сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики. По словам ученых, она может стать источником частиц, которые человечество сможет детектировать на современном уровне технологического развития. Солнце в этом эксперименте представляет собой гравитационную линзу, которая своим притяжением может искривить траектории пролетающих частиц и увеличить интенсивность их потока вплоть до миллиарда раз. Физики отмечают, что помимо рентгеновских детекторов, в эксперименте использовался еще один чувствительный инструмент — мембрана для поиска хамелеонных частиц.
Сейчас команда телескопа обрабатывает полученные данные, но по предварительной информации, никаких новых частиц от черной дыры прибор не зафиксировал.
nplus1.ru, 20 декабря 2016, Владимир Королёв
https://nplus1.ru/news/2016/12/20/cern-sun-axion-telescope
Пресс-релиз CERN
Глава 11-13-2
В поисках темной материи аксионам остается все меньше шансов на существование
Февраль 2018
В случае если они существуют, аксионы – одни из кандидатов на роль частиц таинственной темной материи – могут взаимодействовать с нормальной материей, формирующей Вселенную, однако в значительно меньшей степени, чем считалось ранее. Новые, строгие ограничения на свойства аксионов были наложены международной командой исследователей эксперимента nEDM.
Рис. Исследуемые галактики
В результате анализа данных, собранных при помощи эксперимента nEDM (Electric Dipole Moment of Neutron), международная группа физиков показала, что аксионы, гипотетические частицы, которые могут формировать холодную темную материю, если они существуют, должны удовлетворять более строгим требованиям к массе и характеру взаимодействия с нормальной материей. Представленные результаты являются первыми лабораторными данными, накладывающими ограничения на возможные взаимодействия аксионов с нуклонами (то есть протонами или нейтронами) и глюонами (частицами, связывающими кварки в нуклонах).
Недавно физики-теоретики предположили, что в результате взаимодействия аксионов с нуклонами и глюонами могут наводиться возмущения, имеющие характер осцилляций дипольных моментов нуклонов, или даже целых атомов. Поэтому оказалось, что эксперименты типа nEDM могут открыть взаимодействие аксионов с нуклонами и глюонами, если таковое имеет место в действительности. Однако анализ данных, собранных при помощи этого эксперимента, дал отрицательный результат. Была показана невозможность существования аксионов с массами в интервале от 10^-24 до 10^-17 электронвольт (для сравнения, масса электрона составляет примерно полмиллиона электронвольт), рассказал один из членов научной команды эксперимента nEDM Адам Козела (Adam Kozela).
Кроме того, ученые смогли наложить более строгие ограничения на теорию взаимодействия аксионов с нуклонами, уменьшив ключевые параметры возможного взаимодействия в 40 раз. В случае потенциальных взаимодействий с глюонами новые ограничения позволили снизить соответствующие величины более чем в тысячу раз. Поэтому, если аксионы существуют, то современные теоретические модели оставляют им все меньше и меньше возможностей существования.
Astronews, 19 февраля2018
http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi
https://www.atomic-energy.ru/news/2018/02/19/83448
Команда исследователей эксперимента nEDM
Глава 11-13-3
Эксперименты по поиску темных аксионов добрались до проверки теоретических моделей
