Математик предложил новый метод поиска аксионов

Кембриджский математик Кристиан Бек предложил новый экспериментальный способ поиска аксионов - частиц, которые, среди прочего, являются кандидатами на роль частиц темной материи. Статья Бека появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Phys.org.

По утверждению Бека, аксионы можно зарегистрировать с помощью так называемого джозефсоновского перехода. Так называется устройство, состоящее из пары сверхпроводников, разделенных изолятором. Одно из свойств тока в сверхпроводнике заключается в том, что он из-за квантовых эффектов такой барьер способен преодолевать.

По мнению математика, такой переход должен регистрировать обратный эффект Примакова: превращение аксиона в фотон в сильном магнитном поле и обратно. Бек утверждает, что в 2004 году сигнал, очень похожий на сигнал от аксионов, был зарегистрирован физиками, работавшими с джозефсоновскими переходами.

На настоящий момент было проведено несколько больших экспериментов, все из которых закончились неудачей (в той или иной степени). Новый метод от предыдущих отличается сравнительной простотой и дешевизной.

Аксионы впервые возникли в теоретических работах в физиков Роберто Печчеи и Хелен Куинн в 70-х годах прошлого века для решения так называемой сильной CP-проблемы. CP-симметрией в физике называется преобразование физической системы, при котором частицы заменяются своими антианалогами, а процессы зеркально отображаются. Если при таком преобразовании уравнения теории не изменяются, то она называется CP-симметричной.

Нарушение CP-симметрии (то есть ее отсутствие) играет важную роль во многих физических процессах. Физик Андрей Сахаров, например, показал, что нарушение этой симметрии является достаточным условием уничтожения почти всей антиматерии после рождения Вселенной. В 2008 году Йоитиру Намбу, Макото Кобаяси и Тосихидэ Масакава получили Нобелевскую премию по физике за работу по нарушению CP-симметрии электрослабого взаимодействия. Квантовая хромодинамика, описывающая сильное взаимодействие, обладает CP-симметрией. Этот феномен и получил название сильной CP-проблемы.

Также аксионы считаются одними из перспективных кандидатов на роль частиц темной материи - загадочной субстанции, участвующей в гравитационном, но не участвующей в электромагнитном взаимодействии. Самыми правдоподобными кандидатами на роль частиц темной материи сейчас считаются вимпы (WIMP) - слабо взаимодействующие массивные частицы.