Детектор «космического радио» может обнаружить темную материю в течение 15 лет

Автор: Scott Lord from Pexels

Ученые из Королевского колледжа Лондона, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Беркли и других в статье, опубликованной в журнале Nature, поделились основами того, что, по их мнению, станет самым точным детектором темной материи на сегодняшний день.

Темная материя — это ненаблюдаемая форма материи, которая может составлять до 85% массы Вселенной, но ученые не уверены, что именно это такое.

Аксионы — один из ведущих кандидатов на роль темной материи. Это крошечные, слабо взаимодействующие частицы, которые могут существовать во Вселенной, — ответственные за гравитационные эффекты в космосе, которые пока не могут быть объяснены.

Считается, что аксионы имеют частоту, подобную волне, но ученые не знают, в какой части электромагнитного спектра они существуют, хотя считается, что их диапазон составляет от килогерц (частоты, которую может слышать человек) до очень высокой терагерцовой частоты.

В последнем исследовании ученые объясняют, как детектор, который они называют космическим автомобильным радио, может оповестить ученых, когда он обнаружит частоту аксиона. Известный как квазичастица аксиона (AQ), команда полагает, что он может помочь обнаружить темную материю через 15 лет.

AQ разработан таким образом, чтобы его частота могла передаваться в космос, частота, которая будет соответствовать аксиону. Когда он идентифицирует и «настраивается» на эту частоту, он будет излучать очень маленькое количество света. AQ работает на самых высоких терагерцовых частотах, которые многие исследователи считают наиболее перспективным местом для поиска аксионов.

Соавтор исследования доктор Дэвид Марш, научный сотрудник фонда Эрнеста Резерфорда в Королевском колледже Лондона, сказал: «Теперь мы можем построить детектор темной материи, который по сути является космическим автомобильным радиоприемником, настраивающимся на частоты более обширной галактики, пока не найдем аксион. У нас уже есть технология, теперь это просто вопрос масштаба и времени».

Команда полагает, что, создав гораздо больший кусок материала AQ, они смогут создать работающий детектор за пять лет. После этого, по их оценкам, потребуется еще десятилетие сканирования спектра высоких частот, где, как считается, скрывается темная материя, прежде чем они ее обнаружат.

Для создания квазичастиц исследователи использовали теллурид марганца-висмута (MnBi₂Te₄), материал, известный своими уникальными электронными и магнитными свойствами. Он был срезан всего до нескольких двумерных слоев материала, наложенных друг на друга.

Разрабатывая материал в течение последних шести лет в лабораторных условиях, Цзянь-Сян Цю, ведущий автор из Гарвардского университета, сказал: «Поскольку MnBi₂Te₄ настолько чувствителен к воздуху, нам нужно было расслоить его до нескольких атомных слоев, чтобы точно настроить его свойства. Это означает, что мы можем увидеть этот вид интересной физики и увидеть, как он взаимодействует с другими квантовыми сущностями, такими как аксион».

Доктор Марш добавил: «Это действительно захватывающее время для исследователей темной материи. Сейчас публикуется столько же статей об аксионах, сколько было опубликовано о бозоне Хиггса за год до его открытия. Теоретики предположили, что аксионы действуют как радиочастота в 1983 году, и теперь мы знаем, что можем на нее настроиться — мы приближаемся к аксиону, и быстро».

Больше информации: Su-Yang Xu, Observation of the axion quasiparticle in 2D MnBi2Te4, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08862-x. www.nature.com/articles/s41586-025-08862-x

Источник: King's College London