Темная материя
Темная материя
Алина Семёнова Опубликована 15.10.2025 в 22:13

Космос раскрывает тайны: физики придумали, как поймать неуловимые частицы тёмной материи

В России создали установку для обнаружения аксионов

Учёные из Москвы, Нижнего Новгорода, Сарова и Санкт-Петербурга представили проект "Космологический Аксионный Саровский Галоскоп" (CASH) - уникальную установку, способную исследовать одну из самых неуловимых гипотетических частиц во Вселенной — аксион. Описание проекта опубликовано в журнале Physical Review D.

Что такое аксионы и зачем их искать

Аксионы — это гипотетические элементарные частицы, предложенные в 1970-х годах для объяснения симметрии сильных взаимодействий в квантовой хромодинамике. Позже выяснилось, что такие частицы идеально подходят на роль тёмной материи, составляющей около 85% всей массы Вселенной, но не взаимодействующей со светом.

Если аксионы действительно существуют, они должны иногда превращаться в фотоны при попадании в сильное магнитное поле. Именно это свойство и лежит в основе работы галоскопов — специализированных установок для их поиска.

"Мы не усиливаем сигнал, а просто считаем фотоны — этот подход позволяет добиться квантовой чувствительности", — поясняют авторы проекта CASH.

Принцип работы CASH

Главная идея установки проста, но технически крайне сложна. Внутри мощного магнита создаётся резонаторная полость, где аксионы (если они существуют) могут конвертироваться в фотоны определённой частоты, соответствующей массе частицы.

В отличие от классических экспериментов, использующих шумные микроволновые усилители, CASH применяет однофотонные детекторы на джозефсоновских переходах - сверхпроводниковых элементах, способных реагировать на поглощение одного фотона.

Когда фотон попадает в детектор, джозефсоновский переход мгновенно переходит из сверхпроводящего состояния в резистивное, и это изменение фиксируется напрямую.

Такой подход позволяет:

  • обойти стандартный квантовый предел чувствительности,

  • снизить уровень шумов,

  • регистрировать единичные события с рекордной точностью — не более одного ложного сигнала за 100 секунд.

Этапы эксперимента

Исследователи разделили проект на два основных этапа:

Этап CASH-I

  • Используется фиксированный медный резонатор и магнит с полем 1,7 тесла.

  • Цель — провести первое точное измерение на одной выбранной частоте.

  • За 12 дней наблюдений команда планирует превзойти существующие пределы чувствительности в выбранном диапазоне масс аксионов.

Этап CASH-II

  • Предусматривает усиление магнитного поля до 10 тесла.

  • Резонатор станет перестраиваемым, что позволит просканировать более широкий диапазон частот.

  • За один год эксперимента исследователи намерены охватить область масс от 38 до 54 мэВ, где ранее не проводилось ни одно точное измерение.

"Если аксионы существуют, мы увидим их следы в виде крошечных квантов света. Если нет — сможем установить самые жёсткие ограничения на их свойства", — говорят участники проекта.

В чём инновация проекта

Методология CASH представляет собой новый класс экспериментов по поиску тёмной материи. Ранее подобные установки — например, ADMX (США) и ORGAN (Австралия) — использовали методы усиления сигнала, ограниченные квантовым шумом. Российская команда впервые реализует принцип "подсчёта фотонов вместо усиления сигнала", что открывает возможности для:

  • измерений при крайне слабых потоках энергии;

  • работы в ранее недоступных диапазонах масс;

  • тестирования квантовых моделей взаимодействия материи и электромагнетизма.

Возможные результаты

Если эксперимент подтвердит существование аксионов, это станет революцией в физике - будет найден ключ к природе тёмной материи и к пониманию эволюции Вселенной.

Если же сигналов не обнаружат, результат всё равно окажется ценным: он сузит параметрическое пространство возможных свойств аксионов и поможет другим исследовательским группам точнее настраивать свои эксперименты.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

  • Ошибка: полагаться исключительно на косвенные астрономические наблюдения тёмной материи.

  • Последствие: отсутствие экспериментальных подтверждений существования аксионов.

  • Альтернатива: использовать прямые методы регистрации фотонов, возникающих из конверсии аксионов в лабораторных условиях — как в проекте CASH.

А что если аксионы будут найдены?

Обнаружение аксионов подтвердит, что тёмная материя состоит из нового класса частиц, слабо взаимодействующих с обычным веществом. Это повлечёт пересмотр фундаментальных физических моделей — от структуры галактик до законов ранней космологии. Более того, аксионы могут оказаться ключом к квантовым технологиям, ведь их свойства близки к свойствам сверхлёгких бозонов.

Плюсы и минусы проекта CASH

Плюсы Минусы
Рекордная чувствительность и низкий уровень шумов Ограниченная частотная область на первом этапе
Прямой метод регистрации фотонов Сложность калибровки джозефсоновских детекторов
Возможность реального обнаружения аксионов Необходимость длительного накопления статистики
Уникальная отечественная разработка мирового уровня Высокие требования к криогенной стабильности

Интересные факты

  1. Джозефсоновские переходы, используемые в CASH, также применяются в квантовых компьютерах как сверхчувствительные элементы.

  2. Аксионы могут объяснить не только тёмную материю, но и некоторые аномалии в наблюдениях реликтового излучения.

  3. Термин галоскоп происходит от греческого "галаксия" — "млечный путь" и латинского scopeo - "наблюдать".

Исторический контекст

Поиск аксионов продолжается уже более 40 лет. Первые идеи о галоскопах появились в 1983 году, а настоящий прорыв ожидается именно благодаря новому поколению квантовых детекторов, подобных тем, что создают российские физики. Проект CASH укрепляет позиции России в международных исследованиях тёмной материи и открывает путь к будущим совместным экспериментам с лабораториями Европы и США.

Автор Алина Семёнова
Алина Семёнова — журналист, корреспондент новостной службы Ньюсинфо

Подписывайтесь на NewsInfo.Ru

Читайте также

Эль-Ниньо готовит планете неприятный сюрприз: привычная погода может остаться лишь воспоминанием 08.10.2026 в 13:41

Ученые зафиксировали критическое накопление энергии в океане, которое приведет к возникновению разрушительных штормов и торнадо в нетипичных для них широтах.

Читать полностью »
Бабье лето в Москве уже не вернется: октябрь готовит другой погодный сюрприз 06.10.2026 в 14:52

Синоптик Михаил Леус рассказал NewsInfo, когда В Москве заканчивается волна тепла и придет похолодание.

Читать полностью »
Оптогенетика обещает переворот в медицине: почему громкий прорыв спустя годы может оказаться пустышкой 06.10.2026 в 14:06

Биолог Сергей Савельев прокомментировал NewsInfo вручение Нобелевской премии за исследования в области оптогенетики.

Читать полностью »
Школьные учебники могут стать тоньше на треть: почему такая разгрузка знаний обойдется дороже 06.10.2026 в 13:35

Эксперт по образованию Сергей Комков предостерег NewsInfo, что упрощение учебных программ может негативно сказаться на интеллекте школьников.

Читать полностью »
Из региональной лаборатории на федеральную площадку: ученые продолжат работу на Конгрессе в Петербурге 05.10.2026 в 12:38

Более 100 ученых и экспертов из 26 регионов России приняли участие в ростовском мероприятии-спутнике VI Конгресса молодых ученых. Главной темой трехдневной работы стало устойчивое развитие Приазовья.

Читать полностью »
Человечество готовится покинуть Землю: главная проблема будущих колонистов оказалась не в технологиях 02.10.2026 в 15:56

Физик Марат Абубекеров рассказал NewsInfo, как на пути к обитаемым базам на Луне и Марсе может встать биологическая несовместимость человека с новыми условиями.

Читать полностью »
Акулы добрались до Азовского моря: что теперь ждет отдыхающих 02.10.2026 в 13:52

Океанолог Сергей Мухаметов прокомментировал NewsInfo появление акул-катранов в Азовском море.

Читать полностью »
Популяция медведей вышла из равновесия: почему простое решение вопроса способно создать новую проблему 01.10.2026 в 11:44

Дрессировщик Аскольд Запашный прокомментировал NewsInfo предложение вычеркнуть медведей из региональных Красных книг.

Читать полностью »

Новости

Шкаф полон вещей на когда-нибудь: одна примерка помогает понять, что действительно пора отпустить
Маткапитал зовут в автосалон: в России вернулись к идее покупки машины за господдержку
Хруст требует терпения: холодный и горячий посол грибов дают совсем разный результат
Хозяин зачастил в съемную квартиру без спроса: жильцам советуют не ограничиваться устными просьбами
Горячая ванна может сыграть злую шутку с сердцем: приятное тепло способно обернуться серьезной бедой
Думали, что потерянную форму уже не вернуть: мышечная память способна преподнести большой сюрприз
Сало будит не только аппетит: утренний кусочек действительно влияет на работу желчного пузыря
Стены стоят, а квартира меняется: редизайн обновляет интерьер без большого ремонта