Легкие и слабо взаимодействующие частицы могут играть важную роль в космологии и поиске темной материи. Однако, эти частицы до сих пор было крайне сложно обнаружить с помощью коллайдеров. Ученые пытаются разработать альтернативные технологии и методы, которые позволили бы найти эти частицы.

За последние несколько лет сотрудничество физиков-атомщиков и специалистов по элементарным частицам привело к появлению нового метода, который может быть использован для обнаружения взаимодействий между легкими бозонами и нейтрино или электронами. Бозоны должны изменить энергетический уровень электронов в атомах и ионах, что можно было бы измерить при помощи нового метода.

Вооружившись им, две исследовательские группы — одна из Орхусского университета в Дании, другая из MIT в США — провели недавно эксперименты, нацеленные на поиск доказательств существования темных бозонов, ускользающих частиц, которые могут оказаться темной материей. Их результаты имеют важное значение для будущих исследований в этой области, пишет Phys.org.

Теоретически, взаимодействия между частицами, которые никогда прежде не наблюдались, такими как бозоны, должны отражаться в разнице между частотами перехода, предсказанной Стандартной моделью и существующей в атомах. Даже если физики смогут получить невероятно точные данные о частотах, расчеты для больших атомов будут иметь насколько большое поле неопределенности, что их нельзя будет сравнить с прямыми наблюдениями.

Метод, который применили обе команды, состоял в изучении сдвигов изотопов по четырем точкам данных в графике Кинга. Если эти точки образуют прямую линию, наблюдения совпадают со Стандартной моделью, что означает, что никакой новой физики не обнаружено. Если линия не прямая, это намекает на присутствие новых бозонов или других физических феноменов.

Исследователи подвергли спектрографическому исследованию различные ионы — датская группа выбрала ионы кальция, американская — ионы иттербия. Их основной задачей был поиск новых взаимодействий, прячущихся за уже известными. Это уже делалось ранее, но не с такой точностью.

Измерения, собранные физиками из Дании, оказались линейными, то есть не противоречили Стандартной модели, тогда как данные, полученные в MIT, позволили сделать вывод о легком отклонении от линейности со статистической значимостью, равной трем стандартным отклонениям. Хотя причиной подобного отклонения могут быть дополнительные условия Стандартной модели, оно может также указывать на существование темных бозонов.

Обе команды планируют продолжить поиск темных бозонов и других кандидатов на темную материю с использованием метода спектроскопии и графика Кинга и повысить точность измерений.

В начале года физики, проверяя на прочность гипотезу универсальности лептонов, как одного из основных принципов Стандартной модели, доложили об интригующем результате. Они зафиксировали очередное незначительное отклонение со статистической значимостью около одной сигмы.