Гравитационные интерферометры попытаются поймать легкие частицы темной материи, информирует сайт arXiv.org. 

Учеными-физиками из Японии предложен метод использования гравитационных детекторов с целью поиска частиц темной материи. По предположениям японских ученых, в результате столкновения с частицами темной материи зеркала детекторов должны немного отклониться. Как полагают физики, при помощи нового метода можно ужесточить ограничения на сечение рассеяния легких темных частиц, масса которых не превышает одной пятой от массы протона. 

Коллектив ученых-физиков под руководством Масаки Мори (Masaki Mori) предложила использовать невообразимую чувствительность гравитационных детекторов для поиска частиц темной материи — субстанции, которая обеспечивает около 20 процентов массы Вселенной. В основе нового метода лежит следующая идея.

Так как наша планета движется относительно центра галактики со скоростью около 200 километров в секунду, а гало темной материи в первом приближении неподвижно, нашу планету постоянно продувает ветер из темных частиц. Если сечение взаимодействия этих частиц с частицами обычной материи конечно, то они могут сталкиваться с атомов зеркала, передавать зеркалу импульс и искажать интерференционную картину гравитационного детектора. Следовательно, из сигнала детектора теоретически можно выделить ограничения на частоту таких столкновений, сечение и массу темных частиц.

Для того, чтобы проверить данное предположение, ученые теоретически рассмотрели столкновение темной частицы и цилиндрического зеркала. Отмечается, что такое столкновение может возбудить два принципиально разных типа колебаний, когда частица подталкивает зеркало и заставляет его качаться, или когда она заставляет его дрожать, словно студень.

Учитывая состав и геометрические параметры зеркал, установленных в разных интерферометрах (LIGO, Virgo, строящегося детектора KAGRA и гипотетического телескопа Эйнштейна), ученые оценили форму сигнала, который возникает после столкновения темной частицы и зеркала. Для обоих типов колебаний сигнал выглядел как довольно резкий пик, расположенный на соответствующей резонансной частоте.

В итоге, используя эти данные, физики рассчитали отношение сигнал/шум и оценили параметры частиц, при которых детекторы что-то почувствуют. Оказалось, что чувствительность нового способа превосходит предыдущие эксперименты для частиц с массой менее 200 мегаэлектронвольт.