Датчики гравитационных волн будут искать темную материю

Датчики, регистрирующие гравитационные волны, возможно, способны на большее. Согласно новому исследованию они могут зарегистрировать темную материю, если она состоит из частиц, которые физики назвали «темными фотонами». Работа, написанная Аароном Пирсом, Китом Райлсом и Юэ Жао из Мичиганского университета, опубликована в недавнем издании журнала Physical Review Letters.

В будущем ученые, работающие в обсерватории LIGO, планируют найти эти темные фотоны. Поиск будет включать в себя и ранее неисследованные регионы параметрического пространства таких частиц.

«Это предложение — отличное сочетание недавно открытой области астрономии гравитационных волн и физики частиц, — говорит Жао. — Датчик гравитационных волн можно использовать в качестве очень чувствительного датчика темной материи без внесения в него каких-либо изменений и с потенциалом открытия темной материи на пять сигм».  

Как физики объясняют в своей работе, если темные фотоны обладают крайне низкой массой, можно считать, что они ведут себя словно осциллирующее фоновое поле, в котором частота осцилляций определяется их массой. Датчики гравитационных волн потенциально могут зарегистрировать эти осцилляции, так как те способны воздействовать на тестовые объекты, расположенные в датчиках. Например, если два тестовых объекта, находящихся на разных позициях внутри датчика, испытывают смещения, разница этих смещений может быть результатом относительной фазы осцилляций поля темных фотонов на этих позициях.  

Физики ожидают, что как наземные датчики гравитационных волн вроде LIGO, так и будущие космические датчики наподобие LISA смогут обнаружить темную материю в темных фотонах. Использование нескольких устройств поможет повысить чувствительность и обеспечит перекрестную сверку результатов.

Ученые намерены и далее развивать методы поиска темной материи и определения точного сигнала, который может получить датчик гравитационных волн при регистрации темного фотона.

«Сначала мы планируем провести анализ данных, используя упрощенную модель сигнала и прямолинейный алгоритм поиска, — рассказывает Жао. — Затем постепенно отточим наш поисковый метод и включим детальную симуляцию сигнала и реакции датчика».