Физики из Университета ИТМО создали нечто, что можно назвать квантовой копией темной материи. Они не поймали аксион — гипотетическую частицу, которую ищут по всему миру, — но воссоздали его поведение в искусственном материале. И этот материал не просто имитирует аксион, он демонстрирует совершенно новые физические эффекты.
В последние годы ученые всё активнее разрабатывают так называемые метаматериалы — конструкции, состоящие из множества мелких элементов, управляемых с точностью до нанометра. Среди них особое внимание уделяется структурам с аксионным откликом, которые повторяют поведение сверхлегких частиц, возможно составляющих темную материю.
Команда ИТМО пошла дальше. В процессе работы они наткнулись на неожиданные результаты, которые выбивались из привычной картины. Потребовалось два года, чтобы осознать их смысл и предложить новую теоретическую модель. Эта модель описывает "дуальный аксионный отклик", отличающийся от известного подхода: в нем участвуют как электрические, так и магнитные заряды.
«Первые результаты показались настолько необычными и вызвали столько вопросов, что нам потребовалось два года, чтобы осознать и сформулировать новую концепцию»
— Максим Горлач, ведущий научный сотрудник Университета ИТМО
Внешне метаматериал с дуальным откликом ведет себя точно так же, как и с обычным аксионным. Он так же рассеивает свет и порождает похожие оптические эффекты. Но внутри происходят совершенно иные квантовые процессы — и именно в этом главная интрига. Чтобы доказать различие, физики предложили способ моделирования поведения зарядов внутри структуры, а затем на его основе разработали новую схему конструкции материала.
Теперь ученые могут не просто наблюдать эффекты, напоминающие поведение аксионов, но и контролировать их в лабораторных условиях. Это открывает новый путь к изучению квантовой природы материи, моделированию сложнейших явлений и пересмотру старых экспериментов. Возможно, в попытке понять темную материю, физики только что создали её рабочую модель.
Источник: ИТМО
