Аксионы, гипотетические элементарные частицы, давно рассматриваются как возможный компонент тёмной материи. Группа исследователей из Института Периметра (Perimeter Institute, Канада), Университета Северной Каролины, Института Кавли (Kavli Institute, США) и Нью-Йоркского университета предложила новый подход к их поиску.

Аксионы были впервые предложены в 1970-х годах как решение проблемы CP-симметрии в сильном взаимодействии. Согласно теории, нарушение CP-симметрии должно приводить к наличию электрического дипольного момента у нейтрона, но эксперименты не подтвердили его существование. Это расхождение указывает на необходимость новой физики, и аксионы остаются одной из наиболее обоснованных гипотез.

В новом исследовании учёные предлагают использовать пьезоэлектрические материалы для генерации и регистрации аксионов. Эти кристаллы создают электрическое поле при деформации, что усиливает взаимодействие аксионов с веществом. Эксперимент основан на методе ядерного магнитного резонанса, позволяющем измерять малейшие изменения ориентации ядерных спинов.

Иллюстрация: Nano Banana

Пьезоэлектрический кристалл будет приводиться в колебание с резонансной частотой ядерных спинов, что усилит сигнал, вызываемый аксионами. Для защиты от внешних магнитных полей будет задействован мощный магнитный экран. Слабое магнитное поле, создаваемое аксионами, предлагается регистрировать с помощью сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (SQUID).

Этот метод позволит значительно усилить «производство» аксионного сигнала в лаборатории, повышая чувствительность эксперимента до 10 миллионов раз по сравнению с предыдущими подходами.

Учёные подчёркивают, что предложенный метод дополняет существующие стратегии поиска аксионов и может быть реализован с использованием уже доступных технологий. Один из авторов, Эндрю Гераси (Andrew Geraci) из Северо?Западного университета (Northwestern University, США), планирует адаптировать свою установку Ariadne для проведения подобного эксперимента с пьезоэлектрическими материалами.