Физики предложили способ создавать возможные частицы темной материи буквально из пустого пространства — с помощью ускорителя частиц. Если разогнать атомные ядра достаточно сильно, они могут «встряхнуть» вакуум так, что из него родятся пары гипотетических частиц — аксионов. Работа опубликована в журнале Physical Review D (PRD).
Идею выдвинули ученые Центра имени Гельмгольца в Дрездене. В основе — динамический эффект Казимира: даже «пустой» вакуум на самом деле заполнен колебаниями квантовых полей, и быстро ускоряющееся ядро способно превратить энергию этих колебаний в реальные частицы. С точки зрения самого ускоренного ядра пустота и вовсе выглядела бы как «теплая ванна» из частиц (эффект Унру), из которой аксионы могут «выбиваться».
Аксионы — гипотетические сверхлегкие частицы, которых пока никто не наблюдал, но которые считаются одним из главных кандидатов на роль темной материи. Темная материя не излучает свет и не взаимодействует с обычным веществом почти никак, но по массе в разы превосходит все видимое во Вселенной и удерживает галактики от распада.
По расчетам авторов, при «касательных» столкновениях тяжелых ионов, когда ядра почти промахиваются друг мимо друга, могли бы рождаться запутанные пары аксионов. Это значит, что существующие ускорители в принципе можно использовать для проверки гипотезы. Пока речь идет о теоретическом предложении, а не о реальном эксперименте, и обнаружение аксионов остается делом будущего. Но сама идея добывать темную материю «из ничего» показывает, насколько неожиданными могут быть пути к разгадке одной из главных тайн физики.
Темная материя — одна из самых больших загадок современной науки: ее существование выводят из движения звезд и галактик, но частицы, из которых она состоит, до сих пор не пойманы ни в одном эксперименте. Ученые ищут их и в глубоких подземных детекторах, и в космосе, и на ускорителях. Аксионы привлекательны тем, что заодно могли бы решить и другую давнюю проблему физики, поэтому их ищут особенно активно.
Ранее астрофизики открыли механизм, спасающий Вселенную от мгновенного распада.