Ֆիզիկոսներն առաջարկել են հնարավոր մութ նյութի մասնիկներ ստանալու անսովոր եղանակ՝ ոչ թե դրանք հայտնաբերել տիեզերքում կամ ստորգետնյա դետեկտորում, այլ փորձել ստեղծել անմիջապես մասնիկների արագացուցիչում։ Նոր տեսական աշխատանքի համաձայն՝ արագ ատոմային միջուկները կարող են «ցնցել» քվանտային վակուումը և դրա տատանումները վերածել իրական մասնիկների՝ հիպոթետիկ աքսիոնների։

Դրեզդենի Հելմհոլցի կենտրոնի գիտնականների հետազոտությունը հրապարակվել է Physical Review D-ում։ Առայժմ սա միայն տեսական առաջարկ է, սակայն հեղինակները կարծում են, որ այն սկզբունքորեն հնարավոր է ստուգել արդեն գոյություն ունեցող արագացուցիչների վրա։

Դատարկ վակուումը իրականում դատարկ չէ

Դասական ֆիզիկայում վակուումը կարելի է պատկերացնել որպես տարածություն, որից հեռացվել է ողջ նյութը։ Քվանտային ֆիզիկայում պատկերը շատ ավելի բարդ է. նույնիսկ նվազագույն էներգիայով վիճակում քվանտային դաշտերը շարունակում են տատանումներ կրել։

Հետազոտողները առաջարկում են օգտագործել այդ տատանումները որպես մասնիկների աղբյուր։ Գաղափարը հիմնված է դինամիկ Կազիմիրի էֆեկտի վրա՝ երևույթի, որի դեպքում քվանտային դաշտերի պայմանների փոփոխությունը կարող է հանգեցնել իրական մասնիկների առաջացման։

Եթե ատոմային միջուկը շարժվում է բավական մեծ արագացմամբ, այն կարող է քվանտային վակուումի հետ փոխազդել այնպես, որ դրա տատանումների էներգիան վերածվի մասնիկների։

Այստեղ ի հայտ է գալիս ևս մեկ անսովոր քվանտային էֆեկտ՝ Ունրուի էֆեկտը։ Դիտորդի համար, որը շարժվում է արագացմամբ, սովորական վակուումը կարող է թվալ որպես ջերմաստիճան ունեցող, մասնիկներով լցված միջավայր։ Առաջարկված մեխանիզմի շրջանակում դա ստեղծում է պայմաններ, որոնց դեպքում վակուումից կարող են առաջանալ աքսիոններ։

Ինչու խոսքը հենց աքսիոնների մասին է

Աքսիոնները դեռևս փորձարարորեն չեն հայտնաբերվել։ Դրանք հիպոթետիկ գերթեթև մասնիկներ են, որոնք դիտարկվում են որպես մութ նյութի դերի թեկնածուներից մեկը։

Համարվում է, որ մութ նյութը կազմում է Տիեզերքի նյութի զգալի մասը, սակայն այն անմիջականորեն տեսնել հնարավոր չէ. այն լույս չի ճառագում և, որքան հայտնի է, շատ թույլ է փոխազդում սովորական նյութի հետ։ Դրա գոյության մասին դատում են առաջին հերթին աստղերի, գալակտիկաների և Տիեզերքի խոշորամասշտաբ կառուցվածքի վրա դրա գրավիտացիոն ազդեցությամբ։

Աքսիոնների որոնումը միաժամանակ ընթանում է մի քանի եղանակով՝ խոր ստորգետնյա լաբորատորիաների փորձերից մինչև տիեզերքում դիտարկումներ և արագացուցիչներում իրականացվող փորձեր։

Աքսիոնները կարող են առաջանալ գրեթե շփանցիկ բախումների ժամանակ

Նոր աշխատանքի մեջ առանձնահատուկ հետաքրքրություն են ներկայացնում ծանր իոնների բախումները։ Հեղինակները դիտարկում են իրավիճակ, երբ երկու միջուկներ անցնում են իրար շատ մոտ, բայց գործնականում չեն բախվում՝ այսպես կոչված շփանցիկ բախումներ։

Այդպիսի գործընթացում միջուկների ուժեղ արագացումը կարող է ստեղծել հարմար պայմաններ քվանտային վակուումի հետ փոխազդեցության համար։ Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ արդյունքում կարող են ծնվել աքսիոնների զույգեր, ընդ որում զույգի մասնիկները պետք է գտնվեն քվանտային խճճված վիճակում։

Սա կարևոր է ոչ միայն տեսական տեսանկյունից. եթե մեխանիզմն աշխատում է հենց այսպես, ապա դրա ստուգման համար սկզբունքորեն անհրաժեշտ չէ կառուցել բոլորովին նոր տիպի կայանք։ Հեղինակները ենթադրում են, որ այս մոտեցումը կարելի է հետազոտել առկա ծանր իոնների արագացուցիչների օգնությամբ։

Մութ նյութը դեռ ոչ ոք չի «ստեղծել»

Սակայն իրական փորձարարությունից դեռ շատ հեռու է։ Աշխատանքը նկարագրում է տեսական մեխանիզմ, ոչ թե աքսիոնների գրանցված ծնունդ։ Այդ մասնիկներն էլ ֆիզիկոսները մինչ այժմ չեն դիտարկել։

Ուստի առայժմ վաղ է խոսել լաբորատորիայում մութ նյութ ստեղծելու մասին։ Հետազոտողները առաջարկել են ստուգելու միջոց մութ նյութի բնույթի մասին վարկածներից մեկը՝ օգտագործելով ոչ թե ինչ-որ անհայտ նյութ, այլ հենց քվանտային վակուումի հիմնարար հատկությունները։

Եթե նման փորձերը երբևէ հաստատեն մոդելի կանխատեսումները և հայտնաբերեն աքսիոններ, դա միաժամանակ կդառնա մութ նյութի դերի թեկնածուներից մեկի օգտին վկայություն։ Իսկ առայժմ «դատարկությունից մութ նյութ ստեղծելը» մնում է տպավորիչ, բայց խիստ տեսական հնարավորություն։