Niezwykły pomysł fizyków! Ziemia zamieni się w gigantyczny detektor tajemniczej ciemnej materii?
Naukowcy z Japonii proponują wykorzystanie całej Ziemi jako ogromnego detektora ciemnej materii. Badacze opracowali metodę pozwalającą szukać ultralekkich aksjonów i tzw. ciemnych fotonów za pomocą ziemskiego pola magnetycznego i naturalnego rezonansu występującego między powierzchnią planety a jonosferą.
Pierwsza analiza pozwoliła znacząco zaostrzyć ograniczenia dotyczące właściwości hipotetycznych cząstek, a w przypadku ciemnych fotonów wykazała także kilka potencjalnie interesujących sygnałów.
Ciemna materia pozostaje jedną z największych zagadek współczesnej fizyki i astronomii. Jej obecność wynika m.in. z obserwacji ruchu gwiazd i galaktyk, ale do tej pory nie udało się bezpośrednio ustalić, z czego jest zbudowana. Wśród kandydatów znajdują się aksjony oraz ciemne fotony. W zakresie badanym przez japoński zespół hipotetyczne cząstki miałyby być od 19 do 21 rzędów wielkości lżejsze od elektronu.
Planeta zamiast laboratoryjnego magnesu
Tradycyjne eksperymenty poszukujące aksjonów próbują przekształcić je w fotony przy użyciu silnych pól magnetycznych. Problemem pozostaje jednak ograniczona wielkość urządzeń laboratoryjnych.
Zespół z Kyoto University, Hiroshima University i Nihon University postanowił wykorzystać pole magnetyczne Ziemi. Kluczowe znaczenie ma przestrzeń pomiędzy powierzchnią naszej planety a jonosferą, która może działać jak naturalny rezonator wzmacniający fale elektromagnetyczne. Badacze opracowali nowy model uwzględniający przewodnictwo elektryczne atmosfery. Wynika z niego, że układ Ziemia–jonosfera powinien wzmacniać sygnały w pobliżu częstotliwości 8 Hz. Model umożliwił rozszerzenie wiarygodnych przewidywań do około 30 Hz.
Dziesięć lat danych z pola magnetycznego Ziemi
Naukowcy przeanalizowali dane geomagnetyczne z lat 2012–2022 z obserwatorium Eskdalemuir należącego do British Geological Survey. Po usunięciu zakłóceń pochodzenia antropogenicznego szukali trwałych sygnałów o bardzo wąskim zakresie częstotliwości, których można oczekiwać w przypadku ciemnej materii.
W przypadku aksjonów uzyskane ograniczenia dotyczące siły ich oddziaływania ze światłem okazały się około 100 razy mocniejsze niż wcześniejsze najlepsze wyniki eksperymentów naziemnych. Są one również konkurencyjne wobec ograniczeń uzyskiwanych na podstawie obserwacji rentgenowskich prowadzonych m.in. przez teleskopy Chandra i NuSTAR.
Jeszcze ciekawszy rezultat przyniosły poszukiwania ciemnych fotonów. Analiza wykazała kilka sygnałów, które potencjalnie mogłyby pochodzić od ciemnej materii. Naukowcy podkreślają jednak, że ich natura nie została potwierdzona i konieczne będą dalsze obserwacje.
Nowa metoda pokazuje przede wszystkim, że w poszukiwaniu jednej z największych tajemnic Wszechświata rolę detektora może pełnić sama Ziemia.
Źródło: Kyoto University (Japonia)
Czytaj też: Niezwykłe rozwiązanie na niewidocznej stronie Księżyca. Niepozorne urządzenie utoruje drogę astronautom!
Grafika tytułowa: NASA / Unsplash
