Naukowcy wykorzystali Ziemię jako detektor ciemnej materii

Naukowcy z Uniwersytetu w Kioto, Uniwersytetu w Hiroszimie i Uniwersytetu Nihon wykorzystali ziemskie pole magnetyczne oraz atmosferę jako planetarny detektor do poszukiwania ultralekkiej ciemnej materii. Analiza danych geomagnetycznych pozwoliła zaostrzyć ograniczenia dotyczące oddziaływania aksjonów ze światłem, a także wykryć kilka kandydatów na sygnały ciemnych fotonów, informuje ScienceDaily.

Rezonator między Ziemią a jonosferą

Naukowcy badali dwóch hipotetycznych kandydatów na ciemną materię — ultralekkie aksjony i ciemne fotony. W rozpatrywanym zakresie mas cząstki te byłyby około 19–21 rzędów wielkości lżejsze od elektronu.

Przestrzeń między powierzchnią Ziemi a jonosferą może rezonować z falami elektromagnetycznymi. Autorzy opracowali model teoretyczny uwzględniający przewodność elektryczną atmosfery. Według ich obliczeń wnęka Ziemia–jonosfera może wzmacniać sygnały w pobliżu 8 Hz, a model pozwala wiarygodnie analizować częstotliwości do około 30 Hz.

Wcześniejsze podejścia teoretyczne mogły wiarygodnie opisywać jedynie częstotliwości poniżej 1 Hz. Nowy model przewiduje także różnice między możliwymi sygnałami: sygnał aksjonowy zależałby od miejsca obserwacji i byłby najsilniejszy w Azji Południowo-Wschodniej, podczas gdy sygnał ciemnych fotonów powinien mieć niemal taką samą siłę w różnych częściach świata.

Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.

Analiza danych geomagnetycznych

Zespół przeanalizował około dziesięciu lat pomiarów pola geomagnetycznego zebranych w latach 2012–2022 przez obserwatorium Eskdalemuir Brytyjskiej Służby Geologicznej. Z danych najpierw usunięto sztuczne źródła szumu, a następnie poszukiwano stabilnych sygnałów w wąskim zakresie częstotliwości, które ciemna materia mogłaby wytwarzać przez długi czas.

Wykorzystanie Ziemi jako detektora dla określonego zakresu mas aksjonów pozwoliło ustanowić ograniczenia dotyczące ich oddziaływania ze światłem, około 100 razy bardziej rygorystyczne niż poprzedni najlepszy wynik eksperymentu naziemnego. Okazały się one także porównywalne z ograniczeniami uzyskanymi z astrofizycznych obserwacji rentgenowskich Chandra i NuSTAR, choć takie ograniczenia astrofizyczne zależą od założeń teoretycznych.

Kandydaci na sygnały ciemnych fotonów

Podczas poszukiwań ciemnych fotonów badacze wykryli kilka sygnałów-kandydatów, które potencjalnie mogą być związane z ciemną materią. Jednocześnie źródło tych sygnałów pozostaje obecnie nieznane i nie zostały one potwierdzone jako dowód istnienia ciemnej materii.

Czytaj nas na Telegram i Sends