Устройство HAYSTAC (Haloscope At Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter), разработанное и построенное учеными из Йельского университета, предназначено для сужения области поисков частиц неуловимой темной материи, материи, на долю которой может приходиться более 80 процентов от общего количества материи во Вселенной. И самым интересным в данном случае является то, что детектор HAYSTAC рассчитан на поиски темной материи в виде аксионов, субатомных частиц, которые существуют сейчас только в теории и поиски которых ведутся в рамках нескольких экспериментов, включая Axion Dark Matter Experimentis.
"Факт существования темной материи доказан уже с достаточно высокой степенью достоверности. Однако, на настоящий момент нам еще ничего неизвестно о природе темной материи, и это остается одним из главных вопросов, на который пытается дать ответ современная наука" - рассказывает Стив Ламоро (Steve Lamoreaux), физик, возглавляющий научную группу.
За основу своей работы йельские физики взяли теорию, выдвинутую в 1980-х годах. Эта теория описывает аксионы, как частицы, имеющие малую массу и малый момент вращения, которые могут взаимодействовать с обычной материей только при помощи сил слабых ядерных взаимодействий. Наблюдаемая в космосе средняя плотность темной материи соответствует значения около 10 триллионов аксионов на кубический сантиметр пространства. Несмотря на столь высокую плотность, эти частицы, в силу их природы, практически невозможно зарегистрировать даже при помощи самых чувствительных научных приборов.
Детектор HAYSTAC предназначен для поисков аксионов, масса которых минимум в 10 раз больше, чем масса аксинов, которые пытались найти ученые в рамках других экспериментов. Поиск этих частиц производится при помощи сильнейшего магнитного поля, воздействие которого служит для преобразования аксионов в фотоны микроволнового излучения, при этом, частота полученных фотонов зависит напрямую от массы частицы. Смещение поисков в область более высокой массы аксионов требует более высокочастотных датчиков, которые должны иметь меньшие физические размеры и, из-за этого, обладают меньшей чувствительностью.
"В своей работе мы использовали технологии и усилители, разработанные изначально для области квантовых вычислений. Собственные шумы этих усилителей приближены к минимальному фундаментальному пределу, определяемому законами квантовой механики" - рассказывает Стив Ламоро, - "И первые данные, полученные нами от датчика HAYSTAC, уже были использованы нами для определения границ диапазона масс аксионов, в которых мы будем производить новые поиски".
