Nature: ученые-физики ограничили параметры аксионной темной материи

Китайские физики из Университета науки и технологий Китая провели серию экспериментов по изучению взаимодействия аксионной темной материи с обычным веществом. В этих исследованиях использовалась сеть из пяти квантовых датчиков, оснащенных гиперполяризованными ядрами ксенона-129. Датчики были расположены в двух разных географических точках: четыре в Хэфэе и один в Ханчжоу, на расстоянии примерно 320 километров друг от друга. Синхронизация датчиков осуществлялась с помощью системы глобального позиционирования (GPS).

Внутри каждого датчика пары атомов рубидия-87 оптически поляризовали ксенон-129 и одновременно выполняли функцию считывающих элементов. Поворот ядерных спинов ксенона вызывал затухающую прецессию, которую магнитометры фиксировали как изменения в эффективном магнитном поле. Для повышения чувствительности сигнала его усилили примерно в 150 раз, а фоновый шум подавили в 20 раз, что позволило достичь разрешающей способности измерений в несколько микрорадиан.

С 20 июля по 31 августа 2022 года исследователи собрали 739 часов экспериментальных данных. Каждый час данные калибровались для проверки стабильности и точности измерительных систем. С помощью специализированного алгоритма были выбраны потенциальные события, которые затем сравнивали с компьютерным моделированием фоновых процессов.

Анализ данных не выявил значимых событий, которые могли бы указывать на пересечение топологических дефектов, связанных с аксионной темной материей. На основе полученных результатов были установлены новые ограничения на параметры взаимодействия аксионов с нуклонами в диапазоне масс от 10 пикоэлектронвольт до 0,2 микроэлектронвольта. Исследование опубликовано в научном журнале Nature.