Эксперимент провели на материале теллурида марганца-висмута, известного уникальной связью электрических и магнитных свойств. Это соединение впервые синтезировали в 2019 году, а сама идея создания аксионных квазичастиц появилась ещё в 2010-м. Однако успешно воплотить её удалось только спустя 15 лет.

Исследователи создали двумерный кристалл толщиной всего несколько атомных слоёв. Они направили на материал лазерный импульс и вызвали магнитную волну (магнон). Затем второй лазер позволил зафиксировать периодические колебания магнитных свойств. Эти изменения точно воспроизвели поведение аксионов, у которых электрическое поле и намагниченность взаимосвязаны и циклически меняются со временем.

Если настоящий аксион тёмной материи попадёт в магнитное поле вокруг теллурида марганца-висмута, он сможет превратиться в фотон — частицу света. Этот фотон затем взаимодействует с квазичастицей, усиливая сигнал до уровня, доступного для надёжного обнаружения.

По сути, созданная исследователями система является своеобразным космическим радиоприёмником, способным «настроиться» на сигналы от аксионов.

Такая технология может стать самым точным методом поиска тёмной материи. Учёные уверены, что аксионы рассеяны повсюду во Вселенной, и рассчитывают обнаружить их в ближайшие 15 лет. Это особенно важно, поскольку тёмная материя составляет около 85% массы космоса, но её до сих пор не удавалось зафиксировать.

Эксперимент проводился в строго контролируемых условиях, поскольку материал чрезвычайно чувствителен к воздуху и требует аккуратного обращения. Учёные использовали ультрабыструю лазерную оптику, чтобы зафиксировать динамику квазичастиц с максимальной точностью.

Эти результаты являются первым прямым и убедительным подтверждением существования аксионных квазичастиц.

Предыдущие исследования давали лишь косвенные и менее надёжные указания на их наличие. Теперь полученные данные открывают возможности не только для изучения фундаментальной физики, но и для создания новых технологий. Например, обнаруженный аксион-поляритон, связанный с взаимодействием света и вещества, может привести к появлению инновационных оптических устройств.

Авторы работы подчеркивают, что эксперимент стал возможен только благодаря междисциплинарному подходу, объединившему химию материалов и высокоэнергетическую физику. Теперь исследователи намерены продолжать свои работы, улучшая методы и уточняя свойства аксионных квазичастиц. Конечная цель — создание полноценного детектора тёмной материи на основе новых материалов и технологий.