Исследователи из Университета Женевы, CERN и Римского университета Сапиенца разработали новый метод поиска частиц темной материи, который основан на их возможном превращении в низкочастотные радиоволны ионосферы Земли. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Темная материя — это загадочное вещество, которое составляет большую часть массы Вселенной, но до сих пор остается невидимой для наших глаз. Ультралегкие частицы, такие как аксионы и темные фотоны, рассматриваются как потенциальные кандидаты на роль темной материи. В новом исследовании ученые обнаружили, что эти частицы могут превращаться в обычные фотоны (частицы света) при взаимодействии с плазмой ионосферы — верхней областью атмосферы c высокой концентрацией свободных ионов и электронов. Этот процесс становится возможным, если масса частиц совпадает с частотой, характерной для плазмы. Плотность электронов в ионосфере меняется с высотой, что создает диапазон частот, идеально подходящих для такого преобразования.
«Мы хотели проверить, можно ли использовать достаточно хорошо изученную плазму ионосферы для поиска сигналов темной материи», — объяснил доктор Карл Бидл, ведущий автор исследования.
Ученые рассчитали скорость превращения частиц темной материи в фотоны, учитывая эффекты, которые могут ослабить сигнал от этого процесса. По их расчетам, небольшой антенны может быть достаточно для обнаружения такого сигнала. При этом предложенный метод экономичен и надежен благодаря высокому уровню изученности ионосферы.
Команда уже начала сотрудничать с физиками-экспериментаторами для проверки своей гипотезы. Исследователи планируют использовать существующие данные с наземных антенн и других инструментов для поиска предсказанного сигнала.
«Мы очень рады возможности сотрудничества с экспериментаторами для проведения испытаний и улучшения наших расчетов», — отметил Бидл.
Если гипотеза ученых подтвердится, это станет важным шагом на пути к разгадке одной из самых сложных загадок современной науки.
Ранее были cозданы уникальные кристаллы для обнаружения частиц темной материи.
