Ученые из Петербурга разработали способ создания искусственной темной материи

Физика темной материи остается одной из самых загадочных и сложных для изучения областей современной науки. В последние годы российские ученые сделали значительный шаг вперед в изучении аксионов — гипотетических частиц, которые могут составлять основу так называемой "легкой" темной материи. Исследования, проводимые в Университете ИТМО в Санкт-Петербурге, привели к созданию нового теоретического описания аксионного отклика и схемы разработки метаматериала, который воспроизводит свойства этих частиц. 

Что такое аксионы

Аксионы — это гипотетические элементарные частицы, которые были теоретически предложены в 1977 году как решение “проблемы сильного CP-нарушения". Аксионы обладают уникальными свойствами, что делает их потенциальными кандидатами на роль темной материи, которая по расчетам составляет около 27% всей массы Вселенной. Правда, ее природа до сих пор остается неизвестной. Аксионы, если они существуют, могут взаимодействовать с обычной материей очень слабо, что делает их трудными для обнаружения.  

Искусственные структуры с уникальными свойствами

Метаматериалы — это искусственные материалы, созданные из множества мелких элементов, которые могут проявлять свойства, недоступные в природе. Они обладают способностью управлять электромагнитными волнами, что открывает новые горизонты в области оптики и фотоники. Исследования, проведенные командой под руководством Максима Горлача, показали, что метаматериалы могут воспроизводить аксионный отклик, что является значительным достижением. 

Новое теоретическое описание

В ходе исследований ученые из ИТМО разработали новое теоретическое описание аксионного отклика, которое включает в себя не только электрические, но и магнитные заряды. Это открытие позволяет лучше понять, как ведут себя электрические заряды внутри метаматериалов и как они взаимодействуют с частицами света. Исследователи отмечают, что поведение этих метаматериалов можно описать с помощью уравнений, аналогичных тем, которые используются для описания свойств гипотетических аксионов. 

Перспективы применения

Первые результаты экспериментов с метаматериалами оказались настолько необычными, что потребовалось два года для их осознания и формулировки новой концепции. Ученые уверены, что это открытие не только задаст новое направление в научных исследованиях, но и приведет к множеству прорывных результатов в будущем. Потенциальные применения таких метаматериалов могут охватывать широкий спектр областей — от разработки новых оптических устройств до создания более эффективных систем хранения данных и энергии.