Темную материю поймает GPS

Двое российских физиков, работающих ныне на Западе, предложили изящный способ, которым можно поймать постоянно ускользающую от ученых таинственную темную материю. Если они окажутся правы, то для ее фиксации не нужно будет строить никаких дорогостоящих приборов —

все сделают уже запущенные на орбиту спутники.

Темная материя — загадочная субстанция, которая выдает свое присутствие во Вселенной только по гравитационному воздействию на свет и обычную, барионную материю. И это, по сути, все, что мы о ней знаем. Темная материя отклоняет лучи света, формируя своеобразные линзы. Если бы этой субстанции не было в галактиках, то звезды двигались бы медленнее, чем мы видим из наблюдений. В поисках частиц темной материи ученые вынуждены прибегать к каким-то предположениям, например о том, что носителями темной материи являются так называемые вимпы — слабо взаимодействующие массивные частицы. Однако поскольку частицы эти до сих пор не обнаружены в лабораторных условиях, ученые продолжают строить и другие гипотезы о природе темной материи.

Ее проявление мы видим лишь на огромных, галактических масштабах и больше, поэтому мы не знаем, состоит она из отдельных частиц или же протяженных объектов. Выпускник МФТИ Андрей Деревянко, работающий в Университете Невады вместе с выпускником Новосибирского государственного университета — теоретиком Максимом Поспеловым из Университета Виктории (Канада), считают,

что темная материя может проявлять себя некой пятой силой, помимо известных четырех фундаментальных взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого.

Согласно этой теории (так называемой топологической темной материи), сгустки темной материи, пролетая через обычное вещество, сдвигают величины основных фундаментальных взаимодействий, например — постоянной тонкой структуры α, массы протонов и электронов. Это неминуемо должно слегка сдвигать уровни энергий в атомах и молекулах, что уже может быть зафиксировано экспериментально. Например, при помощи высокоточных атомных часов.

Идея проста. Известно, что Солнечная система, вращаясь вокруг центра нашей Галактики, летит в пространстве со скоростью 300 км/с. Проносясь сквозь сгустки темной материи, атомные часы должны то ускоряться, то замедлять свой ход, считают физики.

И тут главная задача — выделить из всех таких аномалий те, что распространяются в пространстве со скоростью 300 км/с.

Идеальным вариантом являются спутники GPS или ГЛОНАСС — уже существующие на орбите группировки спутников с точными атомными часами на борту. «Ничто другое в Солнечной системе не распространяется со скоростью 300 км/с. И в этом вся фишка», — пояснил «Газете.Ru» Деревянко, специалист по атомным часам.

Сгусток темной материи, миновав один спутник, сбивает ход его часов, затем пролетает Землю и достигает противоположного спутника примерно через три минуты, также сдвигая ход хронометра. Таким образом, ученым остается вычленить трехминутную корреляцию в отклонениях синхронизованных друг с другом атомных часов, идущих на сети из 30 ныне работающих спутников GPS. Возникает лишь вопрос точности хода космических часов.

Лучшие атомные часы на Земле уходят на 1 секунду за время жизни Вселенной, 14 млрд лет. Часы на спутниках — примерно в миллион раз менее точные. Ученые надеются, что темная материя ускоряет или замедляет ход часов на спутнике больше чем хотя бы на 1 наносекунду, — точность хода самих часов на GPS.

«Ученые, занимающиеся атомными часами, долго находились в поиске некой сверхзадачи. Поиск темной материи — несомненно, сверхзадача для современной физики, которую можно попытаться решить при помощи сети высокоточных часов на орбите», — считает ученый.

Для поиска темной материи надо лишь обработать соответствующими алгоритмами собранные за последние годы данные о том, как шли и рассинхронизировались атомные часы на спутниках. И обсчет этот уже ведется, получены и первые результаты, интерпретация которых требует кропотливой работы. Результаты исследования опубликованы в Nature Physic.