Ученым, занимающимся поисками частиц таинственной темной материи, на долю которой приходится более 80 процентов от общего количества материи во Вселенной, удалось исключить одного из кандидатов, сузив, тем самым, область будущих поисков. Исследователи из университета Сассекса (University of Sussex) нашли опровержения возможности существования определенных видов аксионов (axions), частиц, которые до этого являлись ведущими кандидатами на звание частиц темной материи. Это событие отбрасывает физиков практически к исходной точке их поисков, но оно, тем не менее, существенно сужает область проведения будущих поисков частиц темной материи.

Как мы уже рассказывали ни один раз, темная материя является весьма таинственной субстанцией. Она не поглощает, не отражает свет и не взаимодействует ни с каким другим видом электромагнитного излучения, что не позволяет обнаружить ее частицы при помощи обычных научных способов. Единственным проявлением темной материи является ее гравитация, которая влияет на движение звезд, галактик и скоплений галактик. Загадочное влияние неизвестной субстанции на движение астрономических объектов было обнаружено астрономами в 1930-х годах и с того времени ученые-физики занимались поисками этой невидимой субстанции, которая получила название темная материя.

За последние годы список кандидатов на звание частиц темной материи существенно сократился. Сначала несколько проведенных учеными экспериментов позволили исключить из списка WIMP-частицы (Weakly Interacting Massive Particles). А затем, данные, собранные при помощи датчика Large Underground Xenon (LUX) и детектора HADES указали на то, что темная материя не может состоять из так называемых «темных фотонов».

На этом фоне аксионы оставались и остаются одними из многообещающих кандидатов. Ученые пробуют сейчас выяснить, существуют ли эти гипотетические частицы на самом деле, какова их масса и другие параметры. В этом направлении работали и ученые эксперимента Neutron Electric Dipole Moment (nEDM), целью которого являлось сужение диапазона возможной массы аксионов и который не дал ни одного положительного результата.

В эксперименте nEDM нейтроны захватываются в ловушку, размещенную в специальном контейнере, который после этого электризуются до высокого потенциала. Цель этого действия заключается в выяснении того, затрагивает ли высокий потенциал электрического поля скорость вращения нейтронов и частоту их колебаний. Изменения этой частоты со временем должно было косвенно указать на присутствие аксионов, но, к сожалению или к счастью, никаких отклонений скорости и частоты зарегистрировано не было. Это, в свою очередь, указывает на то, что аксионы не существуют в том диапазоне масс и энергий, который попадает в область чувствительности оборудования эксперимента nEDM.

Эксперимент nEDM изначально задумывался для поисков ответа на одну из фундаментальных космологических загадок. В момент зарождения Вселенной в ней образовалось одинаковое количество обычной материи и антиматерии. В нынешней же Вселенной находится только обычная материя, антиматерия присутствует в ней только в незначительных количествах. И эксперимент nEDM должен был дать ученым подсказки касательно причин асимметрии количества материи и антиматерии. А чуть позже ученые обнаружили, что данные эксперимента nEDM могут еще содержать подсказки касательно факта существования аксионов.

Несмотря на отсутствие положительного результата, ученые еще допускают возможность существования аксионов. Только их энергия и масса, вероятней всего, находятся ниже или выше области чувствительности эксперимента nEDM.

«Полученные нами результаты не исключают полностью возможности существования аксионов. Однако, область, в которой необходимо продолжать их поиски, теперь существенно сужена» — рассказывает Филип Харрис (Philip Harris), глава группы nEDM в университете Сассекса, — «Эти результаты отбрасывают физиков практически к исходной точке поисков, тем не менее, дальнейшее продвижение этих поисков будет идти быстрей и эффективней, чем ранее».