Ионосфера поможет в поисках темной материи

Темная материя, из которой, как считается, на 26,8% состоит наша Вселенная, по-прежнему остается неуловимой. Ученые Женевского университета, ЦЕРНа и Римского университета Ла Сапиенца предложили поискать ее в ионосфере Земли.

Обнаружить таинственную материю можно только по косвенным признакам — фотонам, которые образуются из ее гипотетических частиц, объясняет физик Карл Бидл, первый автор статьи в Physical Review Letters.

«Это, например, исследовалось в нейтронных звездах, солнечной короне и даже на планетах нашей солнечной системы, таких как Юпитер. Мы задались вопросом: может ли такой сигнал быть получен из нашей местной, естественной плазмы — ионосферы? Учитывая, что она очень хорошо контролируется и изучена, нам кажется, это очень хорошее место для поиска», — говорит он.

В теории темная материя вся или частично может состоять из аксионов или темных фотонов. Идея, предложенная Бидлом и его коллегами, заключается в том, что в ионосфере эти частицы могут превращаться в обычные фотоны, которые можно уловить обычными антеннами.

«Резонансное преобразование происходит, когда масса частиц темной материи совпадает по величине с частотой, характеризующей плазму. Эту «плазменную частоту» можно представить как аналогичную числу плотности свободных электронов в плазме, и так как в ионосфере эта плотность изменяется с высотой, такое совпадение может произойти, если масса темной материи случайно попадает в нужный диапазон», — отмечает Бидл.

Ученые вычислили скорость преобразования для предсказанного ими сигнала, учитывая различные эффекты, которые могли бы его ослабить, а также сравнили полезные фотоны с нерелевантными, то есть, попросту говоря, с шумом, чтобы оценить эффективность своего подхода.

По расчетам исследователей, электрически малая дипольная антенна может обнаружить их предсказанный сигнал. Эту гипотезу можно будет проверить в будущих экспериментах, проведение которых, по оценке авторов, не должно быть дорогим.