В поисках темной материи поможет радио

Исследователи Стэнфордского университета уверены, что темную материю можно изучать с помощью радио. Вопрос в том, насколько чувствительным оно должно быть. Впрочем, ответ на него уже найден – настолько, что ни один аналог не сможет с ним состязаться по уровню приема сигнала.

Перспективная теория

«Мы знаем, что темная материя приходится на большую часть Вселенной. Однако этот двигатель бытия невозможно разглядеть. О темной материи дает понять разве что гравитация. Есть мнение, что изучаемая сфера имеет не известный науке состав. То же самое касается ее свойств», — объясняет Питер Грэм, который работает доцентом физики в Стэнфордском университете. Он же на сегодняшний день является одним из немногих лидеров по изучению темной материи.

Вместе с коллегой Савасом Димопулосом Грэм собирается провести ряд высокоточных экспериментов для обнаружения аксионов и теоретизированных элементов, которые, вероятно, имеют место в изучаемой сфере. Отсюда выстраивается теория о возможности найти и исследовать темную материю с помощью радиоприемника. Плюс этой теории заключается в том, что создать соответствующий датчик с помощью новых технологий не составляет особого труда. В любом случае пара ученых уже нашла себе спонсора – Фонд Гордона и Бетти Мур. Из него будет выделено около 2,5 миллиона долларов, чтобы физики создали результативное радио.

К делу подключается радиофизик

Изучив теорию ученых Стэнфордского университета, профессор физики того же исследовательского заведения Кент Ирвин решил собрать уникальный датчик в Национальной лаборатории SLAC. Прибор призван находить аксионы по принципу улавливания приема радиосигналов стандартным FM-радио. Причем Кент Ирвин уверен в пребывании точной частоты у темной материи вопреки неизвестности самой частоты. Этой уверенности способствует определенный прогресс в квантовой физике. В частности, речь идет о возможности сканирования большого диапазона частот для ускоренного обнаружения аксионов.

«Мы создаем совместный проект, в котором ученые разных сфер науки решат сложную задачу. Пока мы можем говорить о том, что темная материя – 85% Вселенной. Вряд ли бы мы могли существовать без нее. Поэтому в ходе грядущих экспериментов у нас наверняка получиться сделать массу открытий», – подчеркивает Риса Векслер, которая возглавляет Институт астрофизики и космологии. В KIPAC она же занимает должность профессора физики.  

Результат гарантирован

При отсутствии аксиона ученые в любом случае откроют для себя его возможный диапазон частот. Вероятно, что физиков ждут открытия в других областях.

Теоретически огромная темная масса состоит из очень легких аксионов. Они настолько легкие, что их можно назвать отдельными темными материями. В квантовой механике при изучении динамики рекордно мелких элементов есть правило касательно того, что эти элементы аналогичны радиоволнам. Те же аксионы пульсируют в атмосфере, и поэтому их частоты можно обнаружить и отсканировать.

Сначала исследователи посредством магнитного поля, что внутри сверхчувствительного радио, хотят обнаружить радиоволны. Затем им предстоит преобразовать их в волны аксионные. Для этого приемник будет окружен щитом из ниобия. Последний позволит блокировать постоянные радиосигналы, чтобы способствовать качественному доступу аксионов. Этот доступ очень важен, ведь изучаемые частицы издают довольно слабый сигнал. Уловить его будет очень сложно – придется точно настраивать радио. Сдвиг хотя бы на миллионную долю десятичного знака обернется провалом. Поэтому радиофизика Кента Ирвина уже можно назвать гением. Ведь именно он станет автором квантового прибора, способного улавливать магнитные сигналы, которые в сотни миллионов триллионов (!) раз слабее сигнала магнита для холодильника.

«Мы наблюдаем прогресс в контролировании и создании квантовых состояний. Это дает нам право воспользоваться многолетней теорией. Теперь квантовые компьютеры кроме обычных вычислений будут находить невидимые, но существующие вещи», – подчеркивает Кент Ирвин.

Наглядная польза для человечества

Сегодня у сверхчувствительного радио есть прототип, размеры которого не превышают размеры банки Coka-Cola. Вскоре версия увеличиться в разы и сможет сканировать не только аксионы, но и другие частицы. Это может пригодиться в медицине – магнитное и электрическое поля человека всегда интересовали ученых. Кенту Ирвину уже пророчат Нобелевскую премию или место на страницах тематических учебников. Он станет путеводителем в мир новых открытий, авторство которых наверняка разделят между собой другие ученые и экспериментаторы.