Foto: AI/ScienceDaily.com

Vědci z celého světa se snaží rozluštit jednu z největších záhad moderní fyziky – co je to temná hmota? A co kdybychom vám řekli, že odpověď možná leží přímo pod našima nohama? Země se totiž stala obřím detektorem, který možná odhalil stopy těchto neviditelných částic.

Autor původního článku: redakce

Hledání neviditelného

Temná hmota je fenomén, který tvoří asi čtvrtinu celkové energie vesmíru, ale její povaha zůstává záhadou. Vědci z univerzit v Kjótu, Hirošimě a Nihonu se rozhodli využít Zemi jako obří detektor, aby našli stopy ultralehkých axionů a temných fotonů – hypotetických částic, které jsou mnohem lehčí než elektron.

Země jako obří detektor

Tradiční experimenty s axiony se snaží přeměnit tyto částice na fotony pomocí silných magnetických polí v laboratořích. Problémem je však jejich omezený rozsah. Vědci proto zkoumali, zda by magnetické pole Země mohlo posloužit jako součást experimentu. „Země-ionosférická dutina funguje jako přirozený rezonátor, který zesiluje elektromagnetické vlny právě v hmotnostním rozsahu, který jsme chtěli zkoumat,“ vysvětluje Atsushi Taruya, hlavní autor studie.

Nové teoretické přístupy

Předchozí teorie dokázaly popsat frekvence pouze pod 1 Hz, což ponechávalo mnoho potenciálně užitečných frekvenčních rozsahů neprozkoumaných. Vědci proto vyvinuli nový teoretický rámec, který zahrnuje elektrickou vodivost atmosféry. Jejich výpočty ukázaly, že Země-ionosférická dutina může zesilovat signály blízko 8 Hz a umožnila jim provádět spolehlivé předpovědi až do 30 Hz.

Analýza dat z geomagnetických měření

Pomocí tohoto rámce tým zkoumal přibližně 10 let geomagnetických měření, která byla shromážděna mezi lety 2012 a 2022 Britskou geologickou službou v observatoři Eskdalemuir. Vědci nejprve odstranili umělé zdroje šumu z dat a poté hledali stabilní signály koncentrované v úzkém frekvenčním rozsahu, které by temná hmota mohla produkovat po dlouhou dobu.

Silnější limity a záhadné signály

Výsledky ukázaly, že použitím celé Země jako detektoru pro určitý rozsah hmotností axionů vědci stanovili nové limity na to, jak silně mohou axiony interagovat se světlem. Tyto limity byly asi 100krát přísnější než předchozí výsledky z pozemských experimentů. Hledání temných fotonů přineslo obzvláště zajímavý výsledek. Vědci identifikovali několik signálů, které by mohly mít původ v temné hmotě, ale jejich zdroj zůstává neznámý.

Budoucnost výzkumu temné hmoty

Nový teoretický rámec by mohl poskytnout vědcům mocný nástroj pro rozšíření budoucích hledání a využití přirozeného elektromagnetického prostředí Země jako nástroje pro zkoumání některých z nejlehčích možných forem temné hmoty.