Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pokud se magnetické vlastnosti vrstev krystalu určitým způsobem střídají, mohly by se v něm fotony chovat jako aixony.
Vědci z Nanyang Technological University v Singapuru (NTU) a dalších institucí navrhli (údajně) průlomovou techniku, která by mohla položit základy pro detekci temné hmoty.
Podle jedné z nejrozšířenějších teorií by temnou hmotu mohly tvořit axiony. Předpokládá se, že tyto částice se vytvořily v důsledku prudkého rozpínání vesmíru krátce po velkém třesku. Pokud jsou axiony hlavní složkou temné hmoty, bude velmi obtížné je detekovat.
Teorie předpovídá, že skutečné axiony se mohou přeměnit na fotony v silném magnetickém poli o intenzitě asi 10 Tesla; tyto fotony by pak mohlo jít zachytit běžnými prostředky. Očekává se však, že přeměna bude velmi „neúčinná“, takže signály z přeměněných fotonů budou slabé a snadno maskované jinými signály. Dosavadní pokusy o měření signálů takto vzniklých fotonů nebyly úspěšné.
Vědce proto napadl i jiný přístup: známé částice, jako jsou elektrony a fotony, (zřejmě) mohou napodobovat chování axionů. To by šlo využít k vývoji metody detekce „skutečných“ axionů. Dosud se hlavní pozornost soustředila na pokusy dokázat, že elektrony se mohou chovat jako axiony. Dřívější studie však ukázaly, že elektrony se pohybují jako axiony pouze ve dvou rozměrech – jenže axiony by se pohybovaly a existují v normálním 3D světě.
Hlavní autor nové studie Zhang Baile z NTU zkusil namísto elektronů tímto způsobem využít fotony. Již dříve jeho tým pracoval na vrstevnatých krystalových strukturách s magnetickými vlastnostmi, které mohou měnit způsob, jakým se v nich částice světla pohybují a chovají. Ukázalo se, že pokud se magnetické vlastnosti vrstev krystalu určitým způsobem střídají, mohly by se v něm fotony chovat jako aixony. Experimentálně se tuto představu podařilo potvrdit při použití speciálně navržené geometrické struktury z umělého krystalu yttrito-železitého granátu. Tento materiál má jedinečné magnetické a optické vlastnosti a používá se v mikrovlnných zařízeních v radarových a telekomunikačních systémech.
Při svých experimentech tým pozoroval, že fotony se pohybují v jednom směru na trojrozměrných hranách struktury krystalu bez zpětného rozptylu. Stejné chování teorie předpovídá pro axiony.
Chtějí-li vědci v budoucnu tímto způsobem nalézt skutečné axiony, mohli by se pokusit o další optimalizaci krystalů. Šlo by je zkusit použít i k detekci fotonů vzniklých z axionů za extrémních podmínek, například ve velmi silných magnetických polích.
Gui-Geng Liu et al, Photonic axion insulator, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adr5234. www.science.org/doi/10.1126/science.adr5234
Zdroj: Nanyang Technological University / Phys.org, přeloženo/zkráceno
