Физики предложили искать темную материю с помощью магнонов

Исследователи из Калифорнийского технологического института теоретически обосновали использование магнонов — квазичастиц, соответствующих коллективному возбуждению спинов, — для обнаружения легких кандидатов на роль темной материи. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Letters.

С 1980-х годов исследователи пытаются найти частицы темной материи. Это невидимая субстанция, которая пронизывает всю Вселенную. Темная материя практически не взаимодействует с барионной материей, поэтому обнаружить эту субстанцию крайне трудно. Несмотря на это, она составляет более 80% массы нашей Вселенной. Заметить влияние этого типа материи можно через ее гравитационное воздействие на другие космические объекты. Однако найти частицы темной материи исследователям пока так и не удалось.

Сегодня многие физики ищут тяжелые частицы темной материи — вимпы. Для их поиска ученые используют масштабные эксперименты, такие как XENON, в ходе которого ученые пытаются зафиксировать частицы темной материи с помощью огромного резервуара с водой, находящегося под землей. В новом исследовании американские физики решили обратиться к поиску более легких частиц.

Авторы предложили использовать для их нахождения магноны — квазичастицы, представляющие собой коллективное возбуждение спинов электронов. Для нахождения темной материи таким способом можно будет использовать достаточно компактные устройства. Согласно выводам исследователей, для обнаружения легких частиц темной материи таким образом потребуется кристаллический магнитный материал небольшого размера и специальные детекторы, которые позволят зафиксировать образование магнонов при столкновении с частицами темной материи.

В своей работе ученые теоретически вывели формулы, показывающие скорость магнонов, которую они приобретают при столкновении с частицами темной материи в иттрий-железном гранате. «Если частицы темной материи легче протона, становится очень трудно обнаружить их сигнал с помощью обычных средств, — рассказывает один из авторов исследования, постдок в Калифорнийском технологическом институте Чжэнкан Чжан. — Но согласно многим теоретическим моделям, частицы темной материи могут соединяться со спинами электронов. Это значит, что при взаимодействии с определенным материалом они создадут спиновые возбуждения — магноны. Если мы уменьшим фоновый шум, охлаждая оборудование и переместив его под землю, мы получим неплохие шансы обнаружить магноны, создаваемые исключительно темной материей».

Пока что такие эксперименты остаются исключительно в рамках теоретических расчетов, однако ученые планируют в скором времени построить установки для наблюдения легких частиц темной материи. Кроме того, в своей работе исследователи также предложили обнаруживать темную материю с помощью других квазичастиц — фононов. Такой метод обнаружения основан на взаимодействии легких частиц темной материи с элементами кристаллической решетки и созданием ее колебаний за счет этого.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.