Новое исследование физиков из Университета Майнца и Института Гельмгольца под руководством доктора Константина Гауля, доктора Лея Конга и профессора Дмитрия Будкера предлагает необычный подход к поиску этих «скрытых» частиц — с помощью молекул.
Ученые показали, что темная материя может проявляться как посредник во взаимодействии между электронами и атомными ядрами. Для этого физики изучили так называемые Z’-бозоны — гипотетические частицы, которые не входят в Стандартную модель, но часто появляются в теориях, расширяющих ее. В некоторых сценариях такие частицы сами могут быть кандидатами в темную материю.
Используя данные сверхточных измерений на молекулах монофторида бария (BaF), авторы работы впервые установили ограничения на взаимодействие, опосредованное Z’-бозонами. Речь идет о вкладе этих частиц в гипертонкую структуру — тонкие «подразделения» энергетических уровней, которые возникают из-за взаимодействия электронов с ядром. «Эти результаты закрывают серьезную слепую зону в физике: область сил между электронами и ядрами, которая до сих пор оставалась недоступной и для лабораторных экспериментов, и для космологических данных», — поясняет Гауль.
Чтобы извлечь информацию о возможных новых силах, физикам пришлось заново интерпретировать уже существующие эксперименты с BaF, используя суперкомпьютер MOGON 2. Работа коснулась сразу нескольких областей физической науки: теории слабого взаимодействия, физики гипотетических частиц за пределами Стандартной модели, а также атомной, молекулярной и ядерной физики. «Константин Гауль и Лей Конг — теоретики нового поколения, работающие на стыке атомной, молекулярной и оптической физики, физики элементарных частиц и ядерной физики, — отметил профессор Дмитрий Будкер. — Их присутствие в преимущественно экспериментальной группе привело к очень продуктивному сотрудничеству и важным результатам».
Особенность полярных молекул, таких как BaF, заключается в том, что их плотная внутренняя среда естественным образом усиливает очень слабые эффекты. По словам Гауля, такие молекулы становятся мини-лабораториями для поиска новых, крайне слабых сил, которые иначе остаются невидимыми.
Ученые также проанализировали классический эксперимент с атомом цезия‑133 и получили сходные ограничения. Но у молекул есть важное преимущество: интерпретация данных для двухатомных систем, таких как BaF, практически не зависит от тонкостей ядерной теории. Это снижает связанные с ней неопределенности и делает выводы более надежными.
Авторы работы считают, что продвинутые измерения в молекулярной физике становятся полноправным и очень перспективным инструментом поиска «новой физики», сопоставимым с традиционными атомными методами. По оценкам Гауля, будущие эксперименты с тяжелыми двухатомными молекулами смогут стать чувствительнее примерно в сто раз и заглянуть еще глубже в неизведанную область, в которой могут скрываться новые силы природы и даже частицы темной материи.
Ранее ученые раскрыли связь темной материи с космологическими магнитными полями.
Источник: hi-tech.mail.ru