В глубоком холоде, при температуре всего два градуса выше абсолютного нуля, медная полость размером с кастрюлю слушает тишину Вселенной. Эта полость — сердце прототипа детектора Supax, созданного для поиска аксионов: частиц, которые никто никогда не видел, но которые могут составлять невидимую тёмную материю, удерживающую галактики вместе.
Аксионы — как призраки: они почти не взаимодействуют с обычным веществом. Но если поместить полость в сильное магнитное поле, аксион может превратиться в фотон — частицу света. Тогда в полости возникнет слабый радиосигнал, как шёпот в тихой комнате.
Учёные охладили полость до 2 кельвинов, чтобы убрать тепловой шум, и включили магнит на 12 тесла. Они искали сигнал на частоте, соответствующей массе аксиона около 34 микроэлектронвольт — это в миллиарды раз легче электрона. Но шёпота не услышали. Зато теперь известно, что аксион, если он существует, взаимодействует с фотонами ещё слабее, чем считалось: верхний предел опустили до 1.6·10⁻¹³ ГэВ⁻¹. Тот же прибор исключил и тёмные фотоны — других кандидатов в тёмную материю — с параметром смешивания больше 1.4·10⁻¹².
Тишина — тоже результат. Она сужает круг поисков, как прочёсывание леса: не нашли в одной роще, идём в другую. Прототип Supax показал, что технология работает, и теперь команда готовит полноценный детектор для более широкого диапазона масс. Возможно, именно он услышит первый шёпот тёмной материи.
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.10943
The SUPerconduction AXion search experiment (Supax) is a future haloscope-type detector designed to probe axion-like particles (ALPs) as candidates for dark matter and solutions to the strong-CP problem in the mass range between $$8\,\mu$$eV and $$30\,\mu$$eV. In the course of the preparation of Supax, a prototype experiment was built and operated. Using a copper cavity, cooled down to a temperature of 2 K and operated in a magnetic field of 12 T, we probe axion masses around $$34\,\mu$$eV and exclude axion-photon couplings down to $$|g_{a\gamma\gamma}|> 1.6\cdot 10^{-13}$$GeV$$^{-1}$$. The data was also used to exclude dark photons in the same mass range with a kinetic mixing parameter of $$\chi > 1.4\cdot 10^{-12}$$. Details of the experimental setup and the analysis strategy are summarized in this paper.
Температура 2 кельвина — это холоднее, чем на поверхности Плутона, где около 40 кельвинов.
Поиск аксионов напоминает сюжет романа «Тёмный лес» Лю Цысиня, где цивилизации скрываются, но оставляют едва уловимые следы.