МОСКВА, 5 августа. /ТАСС/. Российские физики разработали подход, позволяющий фиксировать при помощи квантовых однофотонных датчиков вспышки света, порождаемые спонтанными превращениями аксионов, сверхлегких частиц темной материи. Эти замеры позволят всего за год подтвердить или исключить существование этой формы темной материи в очень широком диапазоне свойств ее частиц, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.

"Предложенный проект детектора CASH позволит нам провести поиски частиц сверхлегкой темной материи в том диапазоне их масс, который не покрывается другими проектами такого рода. Использование квантовых однофотонных детекторов позволит нам избавиться от большей части шумов и всего за год достичь чувствительности, необходимой для полноценных поисков галактических аксионов даже при относительно скромной мощности магнитов", - пишут исследователи.

Проект детектора CASH был разработан группой ведущих российских физиков и космологов под руководством ведущего научного сотрудника Нижегородского государственного технического университета (НГТУ) Андрея Панкратова. Он представляет собой галоскоп - особый прибор, который способен улавливать следы существования частиц темной материи, опираясь на то, что ее частицы в присутствии очень сильного магнитного поля могут спонтанно превращаться в фотоны.

Для обнаружения этих вспышек света, порождаемых аксионами, ученые создают специальные резонаторы, "настроенные" на улавливание частиц света, которые порождаются аксионами в определенных диапазонах масс. Их работа требует создания сверхчувствительных детекторов фотонов, в работе которых при этом должно наблюдаться минимальное количество случайных шумов, потенциально способных исказить результаты поисков частиц темной материи.

Российские физики предложили использовать для этих целей разрабатываемые квантовые однофотонные детекторы, построенные на базе так называемых контактов Джозефсона. Они представляют собой цепочки из сверхпроводников, внутри которых присутствуют небольшие разрывы или прослойки диэлектриков, через которые ток может при определенных условиях двигаться без потерь. Когда в такой контакт попадает частица света, его сопротивление резко растет, что позволяет обнаруживать одиночные фотоны.

Проведенные исследователями расчеты показывают, что подобные датчики частиц света смогут подтвердить или исключить существование аксионов в диапазоне масс от 38 до 58 мэВ (микроэлектронвольт), всего за год наблюдений. Для этого потребуются мощные магниты, похожие по напряженности поля на установку для МРТ, однако при этом наблюдения при помощи установки CASH можно также вести и вне магнитного поля для поиска других форм "легкой" темной материи, в частности, так называемых темных фотонов.

Несмотря на то, что ученые не сомневаются в существовании темной материи, ее природа и свойства сегодня все чаще становятся предметом ожесточенных споров среди физиков. Дело в том, что за последние два десятка лет исследователи не нашли никаких намеков на то, что она состоит из так называемых "вимпов" - сверхтяжелых и холодных частиц, никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Их безуспешные поиски заставили многих космологов предположить, что темная материя на самом деле может состоять из так называемых аксионов, сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино. За последние десятилетия было создано несколько галоскопов, таких как американские ADMX и HAYSTAC, чьи замеры исключили существование аксионов в нескольких диапазонах масс этих гипотетических частиц.