Сильным кандидатом в темную материю физики считают гипотетическую частицу — аксион. Он должен быть очень легким и не обладать зарядом, чтобы современные теории сходились. Энергию аксиона принято искать в диапазоне 10−13 — 10−11 электронвольт, в то время как энергия покоя электрона составляет 5,11×105 электронвольт.
Обычный способ поиска аксионов предполагает, что они превращаются в фотоны с помощью сильных лабораторных магнитов. Однако вовлеченные в это энергии таковы, что ограниченные по своему размеру лаборатории не способны вместить нужное оборудование или обеспечить достаточный масштаб эксперимента.
Международная команда физиков предложила решить эту проблему, используя вместо магнитов магнитное поле Земли. Их исследование опубликовано в журнале Progress of Theoretical and Experimental Physics.
Современные теории покрывали только диапазон частот ниже одного герца. Теперь команда исследователей создала новую теоретическую основу, которая учитывает электропроводность атмосферы Земли. Они показали, что полость между нашей планетой и ее ионосферой усиливает сигналы частотой около восьми герц, а точные предсказания возможны до показателя 30 герц.
Физики проанализировали данные, собранные с 2012 по 2022 год в обсерватории Eskdalemuir Британии. Ученые обратили внимание, что аксионные сигналы будут зависимы от локации геометрии магнитного поля в конкретной точке.
В собранной информации они методами статистического анализа искали сигналы от темной материи, которые должны были находиться в очень узком диапазоне частот. Затем повторили процесс для поиска темных фотонов, которые генерируют электромагнитные волны даже вне магнитного поля.
Поскольку исследователи рассматривали Землю как гигантский детектор для аксионов определенной массы, вычисленная верхняя граница значения константы взаимодействия аксионов со светом оказалась самым строгим в диапазоне масс 10−13 — 10−11 электронвольт на сегодняшний день.
Исходные данные физики очистили от шумов, взвесили и усреднили по сегментам времени длиной восемь часов. Анализ показал 65 кандидатов на события, связанные с темной материей.
Этот результат требует дополнительных независимых подтверждений, подчеркнули ученые. Они надеются, что предложенный способ анализа данных будут применять к другим наборам данных и это продвинет исследования темной материи.