Неймовірно чутливі інструменти, використані в знакових відкриттях, можуть допомогти вирішити одну з найбільших загадок у Всесвіті.
Технологія, що стоїть за одним з найбільших наукових проривів століття - виявленням гравітаційних хвиль - тепер використовується для пошуку невловимої темної матерії. У дослідженні, нещодавно опублікованому в журналі Nature, група під керівництвом вчених з Інституту гравітаційних досліджень Кардіффського університету використовувала дані німецько-британського детектора гравітаційних хвиль GEO600 недалеко від Ганновера, для пошуку нового виду темної матерії.
Хоча прямого виявлення не проводилося, цей унікальний пошук є першим кроком у створенні нового методу пошуку. Необзовение позволило исследователям исключить некоторые теории о темной материи и поможет улучшить будущие поиски этой невидимой составляющей нашей Вселенной.
Вважається, що темна матерія становить приблизно 85% всієї матерії у Всесвіті. Вона ніколи не спостерігалася безпосередньо і залишається однією з найбільших невирішених загадок сучасної фізики.
Незважаючи на те, що темна матерія ніколи не була виявлена безпосередньо, вчені підозрюють, що вона існує через її гравітаційний вплив на об'єкти по всьому Всесвіту. Наприклад, велика кількість невидимої матерії може пояснити, чому галактики обертаються так, як вони це роблять, і як вони взагалі могли утворитися.
Донедавна вважалося, що темна матерія складається з важких елементарних частинок. Вони не були виявлені, незважаючи на безліч зусиль, і тепер вчені звертаються до альтернативних теорій для пояснення темної матерії.
Недавня теорія стверджує, що темна матерія насправді являє собою щось, яке називається скалярним полем, яке буде вести себе як невидимі хвилі, що відбиваються навколо галактик, включаючи наш власний Чумацький Шлях.
Маючи в своєму розпорядженні надзвичайно чутливі детектори, вже перевірені кількома видатними відкриттями, вчені вважають, що існуюча технологія пошуку гравітаційних хвиль має реальний потенціал, щоб, нарешті, безпосередньо виявити темну матерію і навіть з'ясувати, з чого вона складається.
«Ми зрозуміли, що наші інструменти можна використовувати для пошуку цього нового виду темної матерії, хоча спочатку вони були призначені для виявлення гравітаційних хвиль», - сказав Хартмут Гроте з Інституту гравітаційних досліджень Кардіффського університету, який ініціював дослідження і очолював проект GEO600 з 2009 по 2017 рік.
У лазерному інтерферометрі, такому як GEO600, лазер розділяється на два промені світла, які проходять сотні метрів (600 метрів) через вакуумні трубки і відбиваються між дзеркалами, перш ніж зустрітися на детекторі.
Виходячи з цього, вчені можуть з великою точністю оцінити, наскільки розсинхронізовані промені світла один з одним, що саме по собі є показником будь-якого обурення, з яким стикаються промені.
При виявленні гравітаційних хвиль ряб у просторі-часі від далеких астрономічних подій стискає і розтягує відстань, яка проходить лазерний промінь, на тисячну частину діаметра протона.
Детектор GEO 600 в Німеччині являє собою високочутливий інтерферометр і використовувався для розробки більшої частини технологій, необхідних для виявлення гравітаційних хвиль за допомогою LIGO і Virgo. Хоча інші детектори більш чутливі до гравітаційних хвиль, GEO600 найбільш чутливий до впливу темної матерії скалярного поля.
«Хвилі темної матерії скалярного поля будуть проходити прямо через Землю і наші інструменти, але при цьому будуть викликати легку вібрацію таких об'єктів, як дзеркала», - сказав провідний дослідник проекту Сандер Вермюлен.
«Вібрації дзеркал обурюватимуть промені світла в таких приладах, як GEO600 або детектори LIGO, особливим чином, характерним для темної матерії, і це те, що ми повинні бути в змозі виявити, залежно від точних властивостей цієї темної матерії».
Хоча команді вчених не вдалося зробити якесь виявлення в цьому новому дослідженні, вони кажуть, що роблять важливі перші кроки з точки зору впровадження цієї технології в пошук темної матерії і вже домоглися прогресу в плані звуження певних параметрів для майбутніх досліджень.
«Я був здивований тим, наскільки чутливим може бути інструмент для пошуку темної матерії, хоча спочатку він був створений для зовсім іншої мети», - говорить Хартмут Гроте.
"Ми остаточно виключили деякі теорії, які стверджують, що темна матерія має певні властивості, тому майбутні пошуки тепер мають краще уявлення про те, що шукати. Ми вважаємо, що ці нові методи мають реальний потенціал для виявлення темної матерії в якийсь момент у майбутньому ".
Дослідження було опубліковано в журналі Nature.