Тъмната материя остава една от най-големите нерешени загадки на съвременната физика. Астрономите са уверени в нейното съществуване и смятат, че тя представлява около една четвърт от енергията на Вселената, но те все още не знаят от какво е съставена.
Двата водещи кандидата са хипотетични частици - ултралеките аксиони и тъмните фотони.
В диапазона на масите, изследван от изследователите, тези частици биха били изключително леки - приблизително 10¹⁹ - 10²¹ пъти по-леки от електрон.
Превръщането на Земята в гигантски детектор на тъмна материя
Много традиционни експерименти за търсене на аксиони се опитват да ги превърнат във фотони, излагайки ги на изключително силни магнитни полета, но дори най-мощните лабораторни магнити могат да обхванат относително малка област.
Изследователи от университетите в Киото, Хирошима и Нихон са открили начин да заобиколят това ограничение. Вместо да разчитат единствено на лабораторно оборудване, те се питат дали магнитната среда на Земята може да бъде използвана като част от експеримента.
"Запитахме се дали можем да използваме самата Земя като гигантски детектор в това търсене", разказва авторът на изследването Ацуши Таруя (Atsushi Taruya). "Кухината между Земята и йоносферата действа като естествен резонатор, усилвайки електромагнитните вълни точно в диапазона на масите, който искаме да изследваме."
Областта между земната повърхност и йоносферата може естествено да резонира с електромагнитни вълни, подобно на голяма кухина. Това я прави особено полезна за търсене на сигнали, свързани с ултралеки частици.
Разширяване на търсенето към по-високи честоти
Едно от препятствията е, че предишната теория надеждно описва само честоти под 1 Hz. Това оставя значителна част от потенциално полезния честотен диапазон неизследван.
За да се справят с този проблем, изследователите разработват нова теоретична рамка, която отчита проводимостта на атмосферата. Техните изчисления показват, че кухината между Земята и йоносферата може да усилва сигнали близо до 8 Hz, което позволява надеждни прогнози до приблизително 30 Hz.
Моделът също така предсказва важна разлика между двата кандидата за тъмна материя. Сигналите от аксиони би трябвало да варират в зависимост от местоположението, като най-силните се очакват в Югоизточна Азия. Сигналите от тъмни фотони, за разлика от тях, би трябвало да се появяват с почти еднаква сила по целия свят.
Десетилетие на събиране на магнитни данни под контрол
Използвайки тази рамка, екипът е изследвал приблизително 10 години геомагнитни измервания, събрани между 2012 и 2022 г. от обсерваторията Ескдейлмуир на Британската геоложка служба.
Първоначално изследователите премахват изкуствените източници на шум от данните. След това търсят стабилен сигнал, концентриран в много тесен честотен диапазон, който тъмната материя би трябвало да произвежда за дълги периоди от време. Резултатите са подложени на статистически анализ.
Същият теоретичен подход е приложен към тъмните фотони. За разлика от аксионите, тъмните фотони могат да произвеждат електромагнитни вълни дори без магнитно поле, така че изследователите търсят в набора от данни друга сигнатура, която тези частици би трябвало да произвеждат.
По-строги ограничения и мистериозни кандидати за сигнали
Чрез ефективно използване на цялата Земя като детектор за специфичен диапазон от аксионни маси, изследователите установяват нови ограничения за това колко силно аксионите могат да взаимодействат със светлината. Тези ограничения са приблизително 100 пъти по-строги от предишния най-добър резултат от наземен експеримент. Те са сравними и с ограниченията, получени от астрофизични рентгенови наблюдения от обсерваториите Chandra и NuSTAR, въпреки че тези астрофизични ограничения зависят от определени теоретични предположения.
Търсенето на тъмни фотони дава особено интригуващ резултат. Изследователите идентифицират няколко кандидат-сигнала, които потенциално биха могли да произхождат от тъмна материя. Източникът на тези сигнали обаче остава неизвестен и те не са потвърдени като доказателство за съществуването на тъмна материя.
Следователно, истинската природа на тъмната материя остава неясна. Новата теоретична рамка обаче би могла да предостави на изследователите мощен начин за разширяване на бъдещите търсения и използване на естествената електромагнитна среда на Земята като инструмент за изучаване на някои от най-леките възможни форми на тъмна материя.
Справка:
- Atsushi Taruya, Atsushi Nishizawa, Yoshiaki Himemoto. Signature of Axion Dark Matter in Low-Frequency Terrestrial Electromagnetic Fields: Formulation and Predictions. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2026; 2026 (7) DOI: 10.1093/ptep/ptag097
- Atsushi Nishizawa, Atsushi Taruya, Yoshiaki Himemoto. Axion Dark Matter Search from Terrestrial Magnetic Fields at Extremely Low Frequencies. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2026; 2026 (7) DOI: 10.1093/ptep/ptag108
- Kimihiro Nomura, Atsushi Nishizawa, Atsushi Taruya, Yoshiaki Himemoto. Searching for dark photon dark matter from terrestrial magnetic fields. Physical Review D, 2026; 113 (10) DOI: 10.1103/kw4j-8v12
- Atsushi Taruya, Atsushi Nishizawa, Yoshiaki Himemoto. Hunting Axion Dark Matter Signatures in Low-Frequency Terrestrial Magnetic Fields. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2025; 2025 (11) DOI: 10.1093/ptep/ptaf136
Източник: A mysterious signal around Earth could be dark matter, Kyoto University
Още по темата
Физика
40-тонна черна дупка може да оцелее в центъра на звезда, но ако има тъмна материя
Физика
Има вероятност в детектора LUX-ZEPLIN (LZ) да е наблюдавана WIMP - частица тъмна материя
Космос
Сигнал от гама лъчи може да е доказателство за тъмни WIMP частици
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция
Откъде идва "химията" на междуличностните връзки?
dolivo
Експериментален руски спътник се разпада в орбита и оставя следи от отломки