Примерно 80% вещества Вселенной окутано мраком и состоит из загадочной субстанции, известной как темная материя. Эта загадочная субстанция, впервые предложенная около 90 лет назад, долгое время оставалась недоступной для обнаружения учеными. Однако недавнее открытие, сделанное коллаборацией Jülich Electric Dipole moment Investigations (JEDI), еще на один шаг приблизило нас к разгадке секретов Вселенной.
Темная материя играет важнейшую роль в формировании и стабильности галактик. "Это был единственный способ согласовать распределение скоростей видимой материи в галактиках с существующими знаниями", - объясняет Йорг Претц, заместитель директора Института ядерной физики Forschungszentrum Jülich и профессор университета RWTH Aachen. "Темная" форма материи, ранее не наблюдавшаяся, должна дополнительно стабилизировать галактики".
Начиная с 1930-х годов физики пытаются обнаружить темную материю. Появилось бесчисленное множество теорий, но до сих пор ни одна из них не привела к конкретным доказательствам. Доктор Фолькер Хейни из Института ядерной физики Юлиха подчеркивает: "Это связано с тем, что природа темной материи до сих пор остается совершенно неясной". Невидимая природа темной материи и ее проявление исключительно через гравитацию делают ее труднодостижимой целью для ученых.
С 2011 года коллаборация JEDI сосредоточила свои усилия на измерении электрических дипольных моментов заряженных частиц. В своем новаторском эксперименте они использовали уникальные возможности юлихского ускорителя частиц COSY. Используя поляризованные пучки, ученые стремились обнаружить аксионы и аксионоподобные частицы как потенциальные составляющие темной материи.
Аксионы, первоначально предложенные для решения проблемы в теории квантовой хромодинамики, являются гипотетическими элементарными частицами, которые могут пролить свет на состав темной материи. Название "аксион" восходит к имени лауреата Нобелевской премии по физике Фрэнка Вильчека и обозначает марку стирального порошка: существование этих частиц должно было, так сказать, "очистить" теорию физики", - поясняет Претц.
Для обнаружения аксионов ученые JEDI использовали спин частиц. "Спин - это уникальное свойство квантовой механики, благодаря которому частицы ведут себя как маленькие стержневые магниты, - поясняет Хейни. Это свойство, широко используемое в медицинской визуализации с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяет возбуждать спин атомных ядер с помощью сильных внешних магнитных полей.
Хотя технология МРТ играет важную роль в различных областях, включая медицинскую диагностику, она также перспективна для поиска темной материи. Ускорители, подобные COSY, позволяют ученым изучать частицы, движущиеся почти со скоростью света, что повышает чувствительность и точность измерений.
Этот прорыв в обнаружении темной материи знаменует собой важную веху в нашем понимании Вселенной. По мере того как мы продолжаем углубляться в тайны космоса, ученые, подобные участникам коллаборации JEDI, находятся на переднем крае и расширяют границы человеческих знаний.
