Физики решили использовать GPS как детектор темной материи

Ученые проверили возможность использования точных часов на борту спутников глобального позиционирования для тестирования экзотических гипотез из астрофизики. Идея основана на обнаружении изменений в темпе хода часов, которые должны происходить при изменении гравитационного поля согласно уравнениям общей теории относительности Эйнштейна. Работа выложена на сервер препринтов arXiv.org.

Спутниковая навигация работает благодаря тому, что часы пользователя постоянно сверяются с временем на космических аппаратах, где установлены очень точные атомные часы. Точность современных бытовых систем составляет около метра, однако ее можно значительно улучшить, если добавить данные с наземных атомных часов: так поступают геологи и геофизики. Они добиваются погрешности всего около миллиметра, сличая времена лучше, чем в 0,1 наносекунду.

Бенджамин Робертс из Университета Невады в Рино и его коллеги предложили использовать спутниковые часы для поиска экзотического варианта темной материи — небольших топологических дефектов пространства-времени, оставшихся со времени Большого взрыва. Если Земля при движении по галактике будет проходить мимо такого дефекта, это приведет к небольшому изменению гравитационного поля на время около часа. Если зафиксировать изменение в темпе хода часов на спутниках, волнообразно захватывающее все аппараты и вызывающее одинаковое изменение, это было подтверждением гипотезы.

На практике воплотить эту идею трудно из-за большого количества помех в данных: переменных атмосферных условий, случайных флуктуаций и других. Однако сделать этот анализ позволила ключевая особенность искомого сигнала «прокатываться» по всему флоту спутников. Робертс изучил информацию за 16 лет, однако не обнаружил то, что искал. «Мы не нашли подтверждения существования сгустков темной материи в видео доменных стенок», — говорят авторы. Полученный результат не означает, что темной материи нет, и даже не опровергает полностью данную гипотезу о ее природе, но устанавливает ограничение на пять порядков лучше, чем предыдущий результат.

Часы следующего поколения во много раз более точные, чем на спутниках, уже начинают работу в лабораториях на Земле. С увеличенной чувствительностью физики смогут проверить другие гипотезы о сущности темной материи, такие как солитоны или Q-шары.