У серпні 2026 року наукова спільнота обговорює радикально новий підхід до розв'язання однієї з найскладніших загадок сучасної фізики — природи темної матерії. Група вчених на чолі з Ацуші Таруєю, яка опублікувала дослідження в журналі PTEP, запропонувала використовувати саму планету Земля як гігантський детектор. Замість будівництва дорогих підземних лабораторій дослідники пропонують залучити природні властивості нашої планети: магнітне поле, атмосферу та іоносферу.
Земля як природний резонатор
Основна ідея дослідження полягає в тому, що гіпотетичні частинки темної матерії — аксіони та темні фотони — поводяться не як окремі об'єкти, а як слабке хвильове поле, що постійно коливається навколо Землі. Простір між поверхнею планети та електропровідною іоносферою створює природний резонатор, здатний утримувати та посилювати електромагнітні хвилі певних частот. Ця порожнина може посилювати дуже слабкі збурення, які створює темна матерія, роблячи їх потенційно виявними.
Головний автор дослідження Ацуші Таруя зазначив, що масштаби планети надають вченим безпрецедентні переваги: «Ми досліджуємо, чи вдасться використати саму Землю як гігантський детектор у цих пошуках. Порожнина між Землею та іоносферою працює як природний резонатор, що посилює електромагнітні хвилі саме в тому діапазоні мас, який ми прагнемо вивчити».
Аналіз десятирічних даних
Для перевірки гіпотези вчені проаналізували записи геомагнітних спостережень з 2012 по 2022 рік, отримані в обсерваторії Ескдалемуір у Шотландії. Дослідники відфільтрували техногенний шум і шукали стабільні вузькосмугові коливання, які мають зберігатися роками, на відміну від короткочасних природних чи штучних спалахів. Нова теоретична модель дозволила розрахувати поведінку сигналів на частотах до 30 Гц із піковим посиленням у районі 8 Гц.
Сигнал аксіонів має змінювати інтенсивність та напрямок залежно від точки спостереження, оскільки для створення хвиль їм потрібне магнітне поле Землі. Розрахунки показують високу чутливість у Південно-Східній Азії. У той же час сигнал темних фотонів має залишатися рівномірним по всій планеті, оскільки ці частинки не потребують зовнішнього магнітного поля.
Суперечливі дані
Прямого відкриття аксіонів під час аналізу не сталося, проте відсутність підтвердженого сигналу дозволила встановити в 100 разів суворіші обмеження щодо їхньої взаємодії зі світлом, ніж у попередніх наземних експериментах. Ці дані стали конкурентоспроможними навіть у порівнянні з орбітальними рентгенівськими телескопами Chandra та NuSTAR.
У той же час пошук темних фотонів приніс несподівані результати. Вчені виявили кілька стійких кандидатів у сигнали, які потенційно можуть відповідати темній матерії. Однак автори дослідження наголошують, що ці сигнали все ще можуть пояснюватися невідомими екологічними факторами, поведінкою обладнання чи іншими формами завад. Для остаточних висновків знадобляться подальші спостереження з мережі геомагнітних обсерваторій по всьому світу, які дозволять відокремити глобальний сигнал темної матерії від локальних завад.
Перспективи та наступні кроки
Дослідження відкриває нові горизонти у пошуках темної матерії, пропонуючи використовувати доступні ресурси планети замість створення складних і дорогих установок. Якщо гіпотеза підтвердиться, це може призвести до революційних відкриттів у фізиці елементарних частинок та космології. Вчені планують розширити мережу спостережень та покращити методи фільтрації шуму, щоб підвищити точність детектування.
