Ночью вы можете посмотреть вверх и увидеть тысячи звезд, но это лишь небольшая видимая часть Вселенной. Ученые считают, что большую часть Вселенной составляют темная материя и темная энергия, невидимые по самой своей природе. Новый эксперимент, начатый в Германии, может наконец-то раскрыть тайну темной материи.

Как вы можете себе представить, трудно изучать что-то невидимое, но темная материя не просто невидима — она не взаимодействует с обычной материей, кроме как посредством гравитации. Мы можем наблюдать эффекты темной материи в том, как звезды движутся в галактиках, но обнаружить эти неизвестные частицы - непростая задача. Международная команда сегодня запустила ALPS II, эксперимент на Немецком электронном синхротроне (DESY) в Гамбурге, который поможет сделать именно это.

Есть несколько теоретических кандидатов на роль темной материи, в том числе слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), первичные черные дыры и аксионы. Недавнее исследование колец Эйнштейна показало, что аксионы больше соответствуют тому, что мы видим во Вселенной, и это цель ALPS II. Экспериментальная конструкция состоит из 250-метрового туннеля с оптическим резонатором, усиливающим лазер. Когда лазер движется по туннелю «Гера», он подвергается воздействию сильного магнитного поля, создаваемого 12 сверхпроводящими магнитами. Теоретическая работа по аксионам показывает, что можно превратить обычный фотон в аксион — частицу темной материи — с помощью такого сильного поля.

Команда ALPS II надеется, что по крайней мере некоторые из фотонов в лазере превратятся в аксионы, когда они столкнутся с магнитным полем. Но как это обнаружить, если темная материя ни с чем не взаимодействует? ALPS II ловко обходит этот маленький «лежачий полицейский», отфильтровывая весь непреобразованный свет с помощью сложного устройства, известного как "стена". Итак, лазер попадает в стену, но любые фотоны, ставшие аксионами, проходят сквозь нее. С другой стороны, они могут снова трансформироваться в фотоны, чтобы их можно было обнаружить.

Детекторы в туннеле спроектированы так, чтобы уловить любые изменения с другой стороны стены, потому что даже самые точные оценки подтверждают, что преобразования фотонов в аксионы случаются редко. Аксель Линднер из DESY сравнивает это с вероятностью «бросить 33 кости, и все они выпадут одинаково». Тем не менее, если какой-либо свет просочится через стену, это будет убедительным доказательством того, что аксионы являются темной материей, что может серьезно повлиять на наше понимание Вселенной и помочь закрыть некоторые зияющие дыры в Стандартной модели физики элементарных частиц.