Sciencemag.cz
Related Articles
Dvěma z hlavních kandidátů na temnou hmotu jsou hypotetické částice – ultralehké axiony a temné fotony, které by byly asi o 19 až 21 řádů lehčí než elektron.
Běžné pátrání po axionech obvykle zahrnuje jejich přeměnu na fotony pomocí silných laboratorních magnetů. Laboratorní výzkum má však svá omezení. Tým vědců z Kjótské univerzity, Hirošimské univerzity a Nihonské univerzity si uvědomil, že naproti tomu vlastní magnetické pole Země pokrývá rozsah, kterému se žádná laboratoř nemůže vyrovnat.
„Napadlo nás, zda bychom při tomto pátrání nemohli využít samotnou Zemi jako obří detektor,“ říká hlavní autor studie Atsushi Taruya. „Dutina mezi Zemí a ionosférou funguje jako přirozený rezonátor zesilující elektromagnetické vlny právě v rozsahu hmotností, který jsme chtěli prozkoumat.“
Stávající teorie však dokázala zpracovat pouze frekvence pod 1 Hz, takže zbytek tohoto rozsahu zůstal nepředpověditelný. To inspirovalo tým k vytvoření nového teoretického rámce, který zohledňuje elektrickou vodivost atmosféry a ukazuje, že dutina Země–ionosféra zesiluje signály v blízkosti 8 Hz, čímž rozšiřuje spolehlivé předpovědi až na přibližně 30 Hz. Vědci očekávali, že signály pocházející z axionů se budou lišit podle lokality, přičemž nejsilnější signály by měly být v jihovýchodní Asii, zatímco signály temných fotonů by měly vypadat téměř stejně všude.
Na základě svého nového modelu tým analyzoval data o geomagnetickém poli za přibližně deset let (2012 až 2022), získaná z observatoře Eskdalemuir patřící Britské geologické službě. Vědci hledali stabilní signál s úzkým frekvenčním pásmem, který by temná hmota měla produkovat v dlouhodobém měřítku, a následně provedli statistickou analýzu.
Tým poté stejný teoretický rámec rozšířil na temné fotony, které na rozdíl od axionů generují elektromagnetické vlny i bez přítomnosti magnetického pole, a ve stejném datovém souboru hledal jejich charakteristickou signaturu.
Díky tomu, že vědci považovali celou Zemi za obří detektor pro konkrétní rozsah hmotností axionů, byly limity stanovené pro sílu vazby axionů na světlo zhruba stokrát přísnější než dosavadní nejlepší výsledky z pozemních experimentů. Tyto výsledky se dokonce vyrovnají omezením odvozeným z astrofyzikálních pozorování v rentgenovém spektru, jak je poskytují observatoře Chandra a NuSTAR.
Při analýze (potenciálních) temných fotonů objevilo také několik nečekaných signálů, které by mohly pocházet z temné hmoty.
Autoři očekávají, že teoretický rámec vyvinutý v této studii by se mohl stát základem nové fáze výzkumu temné hmoty.
Atsushi Nishizawa et al, Axion Dark Matter Search from Terrestrial Magnetic Fields at Extremely Low Frequencies, Progress of Theoretical and Experimental Physics (2026). DOI: 10.1093/ptep/ptag108
Zdroj: Kyoto University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
