Pull to refresh

Comments 142

а стенка не расплавится, если в нее с такой силой светить?

Собственно, бóльшая часть света остается внутри резонатора, а стенка стоит после зеркала. Туда доходит совсем чуть-чуть. На одной из картинок, там где про генерацию гармоники, видно, как оно расположено. Стенка нужна, чтобы гарантировать, что ни один фотон не пройдет насквозь даже случайно.

А что если светить фотонами через магнитное поле и просто смотреть сколько дойдет до стены? То есть, считать сколько их распалось (в аксионы). Тогда не надо собирать их обратно с другой стороны.

Для того, чтобы такой вариант сработал, нам нужно точно знать, сколько фотонов у нас было в начале. Т.е. по сути мы ограничены источником одиночных фотонов. В эксперименте ALPS мы начинаем с 10^19 фотонов из лазера, а потом резонансно усиливаем это в 10^7 раз. И все равно получим 1 фотон в день. Если посылать просто одиночные фотоны на детектор, мы будем регистрировать один фотон в 10^26 дней:)

Так а если зафигачить лазером в приемник без магнита, а потом включить магнит - померять разницу в приеме и попытаться объяснить? Так даже лучше - чем больше мощности - тем больше разница.

Тут две проблемы: во-первых, мы не можем зарегистировать разницу в один фотон на мощностях в киловатты (да и в целом на любых значительных мощностях). Во-вторых, мощность лазера не постоянно, она флуктуирует немного (за счет квантовой неопределенности в числе фотонов/энергии). Но эти флуктуации сильно больше, чем энергия одного фотона. Так что увидеть сигнал на фоне этого шума будет нереально.

А какие эффекты кроме образования аксионов происходят при включении магнитного поля для лазера? Можно ли померять, скажем, разницу в полученной энергии и объяснить ее потерю только аксионами? Или там еще что-то фоном улетает?

То есть, светить неделю в какой-нибудь калориметр (для примера), а потом светить еще неделю, но с магнитом.

Просто, как я это понял - у нас на порядки больше фотонов для распада, чем вероятность того что хоть один аксион обратно превратится.

Я не физик и понимаю что эти вопросы уже наверняка обсуждали люди поумнее меня, просто интересно ваше объяснение.

Можно ли померять, скажем, разницу в полученной энергии и объяснить ее потерю только аксионами?

По идее - можно было бы. Но по факту зарегистрировать такую разницу невозможно. Условно, за эту неделю у вас будет разница в средней энергии в 7 фотонов за счет конверсии (даже если предположить частоту распада в 1 в день). Но стандартное отклонение этого среднего будет в триллион фотонов. Поэтому различить эти 7 фотонов на фоне такого шума просто невозможно.

Объясните, как резонатор усиливает преобразование аксиона в фотон? Из фотона в аксион понятно - резонатор маленький, а путь фотона в магнитном поле длинный. А в другую сторону как? Аксион-то не резонирует. Пролетит один раз, и всё

Тут идея та же: каждый фотон будет оставаться в резонаторе и интерферировать со всеми последующими фотонами. За счет этого резонансного усиления внутри резонатора и выходной поток будет усилен.

То есть, после того, как поймается хотя бы один фотон - превращение следующих аксионов будет протекать легче, такая идея?

Нет, превращение само по себе не зависит от наличия фотонов в резонаторе. Но каждый последующий фотон может интерферировать с теми, которые уже находятся там.

Хитрость в том, что в каждый момент времени мы не можем сказать, сколько там фотонов внутри (из-за квантовости). Это как кот Шредингера - он и жив, и мертв (фотон и есть, и нет). И вот это состояние и интерферирует и усиливается резонансом. Поэтому речь идет об усилении вероятности преобразования (точнее, вероятности детектирования).

Вот так прочитаешь, и офигеешь: резонансное усиление вероятностей.
Поневоле возникает вопрос: может-ли интерферировать кот Шрёдингера?

Может!:)

Котов пока не интерферировали, а вот небольшую биомолекулу - да.

Теоретически существует вероятность (небольшая, ок) что из вакуума образовался еще один кот и анти-кот, они разлетелись по разным углам и думают как бы интерферировать.

По идее неправильно объяснять такое через интерференцию нескольких фотонов. Это единственный фотон из аксиона интерферирует сам с собой и усиливает процесс своей генерации. Исходный фотон в первом резонаторе делокализован в пространстве-времени, генерирует такой же делокализованный аксион, а вторичный фотон генерируемый разными участками волновой функции аксиона конструктивно интерферирует сам с собой, эффективно повышая вероятность своего возникновения.

Вы хотите сказать, что фотон в первом резонаторе запутан с фотоном во втором? Ну и заодно они запутаны с аксионом, который толи есть, толи нет, пока всю эту компанию не распутает фотодетектор.

Я тут подумал, что вся ситуация аналогична электрону в стандартной модели: из-за наличия фонового поля Хиггса, электрон часть времени существует в виде левого, а часть — правого электрона. Так и тут: из-за наличия фонового магнитного поля, фотон часть времени существует в виде аксиона. А весь процесс — это туннелирование фотона через стенку за счет своей аксионной части. Т. е. тут даже не запутанные частицы, тут можно считать, что это все одна частица, меняющая свою форму.

Ну нет. Тут всё-таки аксион реальный, а не виртуальный. Взаимодействие на массовой поверхности, т.к. "туннелирование" происходит через макроскопический объект.

Стена тут играет роль измерителя - пролететь через стену может только в состоянии "аксион".

Мне кажется, тут даже лучше аналогия с нейтринными осцилляциями.

Частица летит через поле и находится в состоянии суперпозиции аксион-фотон. Если при этом сделать так, что фотонная часть волновой функции оказывается в резонансе с резонатором - она усиливается по сравнению с аксионной.

Все верно, спасибо за пояснение! Я это вон пытался чуть выше описать словами попроще.

Да, спасибо, теперь понятно. Действительно удивительный эффект! То, что фотон долго гоняют в первом резонаторе для рождения аксиона понятно даже из классических соображений. Но чтобы понять, что можно гонять фотон туда-сюда во втором резонаторе ещё как бы "до" его рождения (может понятнее сказать: в процессе рождения), тем самым увеличивая вероятность его появления — для этого требуется истинно квантовая интуиция!

Я вот не смог простыми словами это объяснить, поэтому не стал писать вообще в статье:) Потому что мне вроде как и понятно, но вот чтоб эту интуицию передать - это прям сложно.

Получается Энштейн был не прав и бог играет в кости?

А вот нефиг указывать Богу что ему делать.

… что же такое эта темная материя? Мы знаем, что она обладает массой. Она не взаимодействует с электромагнитным излучением (или взаимодействует очень-очень слабо).
Отсюда берутся два основных кандидата: вимпы (WIMP, weakly interacting massive particle) и аксионы...
А что по поводу максимонов aka планковских чёрных дыр?
/zanuda

Я написал там ниже: вимпы и аксионы - это просто наиболее популярные (и разработанные) модели. Есть куча-куча-куча других.

Насчет конкретно планковских черных дыр - там все сложно. По идее, они будут распадаться почти моментально за счет излучения Хокинга.

По идее, они будут распадаться почти моментально за счет излучения Хокинга
Так вроде планковские ЧД должны быть стабильны за счет квантовых эффектов
https://en.wikipedia.org/wiki/Micro_black_hole#Hawking_radiation
PS Впрочем, я не настоящий сварщик физик
/zanuda

Никто не знает, т.к. там должна работать квантовая гравитация, которую еще не придумали. Но такие ЧД должны были бы создаваться повсеместно в звездах, но мы до сих пор не видели никаких следов от них.

Слишком уж большая энергия частиц должна быть, чтобы родить квантовую ЧД, в звёздах таких нет, да и сечение процесса (из общих соображений) там должно быть порядка квантовых масштабов т.е. 10^-66 см2.

Как-то Сергей Попов объяснял, почему ЧД не годятся на роль ТМ,... но я забыла.

Ну тут зависит от теории гравитации, в некоторых вариантах и TэВ хватит. Помнится, когда БАК запускали, была шумиха про то, что они наделают квантовых ЧД. ЦЕРН даже статью про это делали.

Как-то Сергей Попов объяснял, почему ЧД не годятся на роль ТМ,... но я забыла.

Не знаю, Попов конечно классный, но люди, которые работают над этим, тоже не дураки вроде - статейки пишутся регулярно, проверяют разные диапазоны масс. Если б там было однозначно все, никто б не занимался этим, думается. Но я не эксперт совсем:)

Если бы ТМ была в ЧД, то этих ЧД было бы столько, что мы бы их статистически видели. Правда до 5 сигма статистика ещё не дотянулась, так что небольшая вероятность есть, что они всё-таки в ЧД. Но она крайне мала.

ТМ вполне может быть в черных дырах, если у них относительно малая масса. Пока там есть большой простор в возможных параметрах, которые мы не наблюдаем.

Если у них относительно малая масса, то их относительно дохрена. И очень странно что мы не видим их относительно дохрена.

А как вы их увидите? Только по гравитационному линзированию. Но для этого у нас не хватает разрешения телескопов (может сейчас с JWST что-то поймается). Может по гравитационным волнам. Но тут нам тоже очень далеко. Короче, это не так просто.

Вот если посмотреть на разные массы, мы видим, что еще довольно большой регион не поймали. Цветом тут отмечены исключенные регионы.

Насколько я помню интерпретацию данного графика он доказывает именно моё мнение.
"И очень странно что мы не видим их относительно дохрена"
В этот график ЧД суммарной достаточной массы упихнуть можно. Но очень странным является то, что распределение масс именно такое, чтобы не попасть на наши детекторы.

На графике по оси x - масса черной дыры, по оси y - возможный вклад ЧД в темную материю (там, где 1 - темная материя целиком состоит из ЧД).

Если вы посмотрите на массы между 10^-16 - 10^-12, там у нас как раз нет практически способа увидеть их. DECIGO и LISA еще не взлетели. NS - это влияние на нейтронные звезды, но там у нас тоже нет сильно достоверных данных.

Я не говорю, что ЧД - это непременно темная материя. Я к тому, что мы не можем пока быть уверены в обратном. И уж тем более это не столь очевидно, как вы написали в исходном комменте.

UPD: судя по легенде, NS и WD это вообще ошибочные результаты. Так что регион 10^-16 - 10^-12 пока еще не исследован вообще.

Так они закрыли тот диапазон. 10^0 перекрыто.
Остаётся только возможность, что ЧД размазаны по диапазону масс.
Про ошибочные результаты не слышал.

Так нет же, как раз не закрыли. Красные области с LISA и DECIGO еще не построены, это проекции будущих результатов. Желтые области, подписанные NS и WD - ошибочные.

тогда хз, в какой-то лекции Сергея Попова приводилась подобная таблица с комментом, что ЧД ещё влезают, но только если их массы хитро крутить.

Ну тут уж я не подскажу:) Можно поискать таблички еще, эта выглядит подробной и актуальной (по крайней мере обновляется регулярно и со ссылками на источники). Возможно, как-то перекрыли и эти области, но я не настолько в теме.

И очень странно что мы не видим их относительно дохрена.
Планковскую черную дыру «увидеть» сложнее, чем нейтрино.
Её сечение взаимодействия всего лишь порядка 10–66 см² (так что «провалиться» в неё получится разве что у отдельного нуклона при прямом попадании, что маловероятно даже при её пролёте сквозь планету или звезду), да и количественно их в любом случае меньше, чем нейтрино.
При этом теоретически они должны быть весьма устойчивы (для её «испарения» должен выделиться квант энергии больше, чем она весит)

если мы говорим именно про планковские ЧД, то их в контексте ТМ уже можно рассматривать не как ЧД, а как неизвестные частицы. разницы нет. Я имел ввиду более нормальные ЧД.

Я имел ввиду более нормальные ЧД.
А «более нормальные» ЧД ИМХО вряд ли годятся на роль тёмной материи, поскольку они могут взаимодействовать с «нормальным» веществом, в т.ч слить ему момент импульса, и поэтому скорее всего не останутся в гало, а как и обычное вещество «осядут» в галактическом диске. Т.е они как-то могут решить проблему скрытой массы, но не скорости вращения галактик, и несовпадения центра масс видимого вещества галактики и центра масс исходя из гравитационного линзирования.
Например, предполагаемая первичная ЧД малой массы, захваченная Солнечной системой (aka «Девятая планета») может объяснить аномалии распределения орбит транснептуновых объектов Солнечной системы, но поскольку является её внутренним объектом, то никак не объясняет скорость движения Солнечной системы в Галактике.
₽$ ИМХО, конечно, я не настоящий сварщик физик.

Так вон там же чуть выше по треду как раз обсуждаем, что нормальные ЧД тоже вполне годятся. Они будут очень малого сечения, а потому почти не будут взаимодействовать с веществом.

почему не объясняет? теоретически может. Если даже в нашей системе есть такая дыра, то вероятно в галактике их много, и они создают значительную массу.

Так я же сказал, что входящие в звёздные системы ЧД могут объяснить проблему скрытой массы, но не концентрацию её в галактическом гало и следовательно скорость движения звёзд в галактическом диске.

А почему ЧД не могут концентрироваться? их же гравитация притягивает.

А почему ЧД не могут концентрироваться?
Именно, что могут, но поскольку они могут враимодействовать с обычным веществом, в т.ч обмениваться моментом импульса, то в конце концов должны сконцентрироваться в галактическом диске, как и обычные звезды (и нейтронняе звезды), а не оставаться в галактическом гало как темная материя, не имеющая возможности изменить свой момент импульса.
их же гравитация притягивает.
Гравитация притягивает как обычное вещество (звезды, межзвёздный газ), так и темную материю.
Но чтобы сконцентрироваться в галактическом диске, нужно «слить» избыточный момент импульса, взаимодействуя друг с другом. Обычные звезды это могут, обмениваясь веществом с другими звёздными системами при сближении (например, захватив часть чужого планетного диска или отдав часть своего, или просто за счет изменения орбит своих планет). И чёрные дыры тоже могут (также, как и нейтронные звезды). И в результате за «каких нибудь» пару-тройку миллиардов лет «оседают» из первичного облака в галактический диск.
А Темная Материя не может, и так и остаётся болтаться неприкаянной, практически в исходном сострянии

Но они обмениваются только гравитационно, т.е. медленнее, чем обычное вещество. Я не уверен что за 2-3 миллиарда лет они успеют сконцентрироваться в диске.

Но они обмениваются только гравитационно
Нет. К тому же только за счёт гравитации практически невозможноо сбросить избыточный момент импульса, и поэтому темная материя и остаётся в гало, хотя гравитационного она взаимодействует с обычным веществом.
Но зато ЧД могут захватывать «чужое» вещество (такой вот неравноценный обмен).
Примерно также, как и нейтронные звезды (в предыдущем сообщении я специально их указал помимо «обычных» звёзд) — чтобы от них что-то «отщипнуть» надо оооочень постараться. И при этом нейтронные звезды не остаются в гало, а «оседают» в галактическом диске вместе с обычными звездами.
Ну а Планковские ЧД отдельный разговор. Они настолько малы, что «захватить» могут разве что отдельный протон, да и то только при прямом попадании в негго. Вероятность этого почти нулевая даже при пролёте Планковской ЧД сквозь звезду, так что «поймать» их сложнее, чем нейтрино (выше я уже писал об этом).
Поэтому Планковские ЧД вполне годятся на роль тёмной материи.
₽$ Ниже ksbes привёл хорошую аналогию с демпфером ?
Гравитация не может «демпфировать», она только «пружинит»

я имел ввиду, что ЧД захватывают вещество только гравитационно.
А другие объекты ещё и магнитными полями\своей большой тушкой. Поэтому ЧД должны оседать медленнее. Вопрос только насколько.

я имел ввиду, что ЧД захватывают вещество только гравитационно.
С чего бы это? Мы ведь говорим не о только о том, что находится под горизонтом событий, а обо всем объекте ЧД, простирающемся далеко за его пределы.

если у ЧД есть аккреционный диск, то такая ЧД не годится на роль тёмной материи.

что б концентрироваться хоть где-нибудь нужен демпфер. Иначе тела просто будут грубо и неправильно говоря как на идеальных пружинках туда-сюда мотаться.
Для обычного вещества этим демпфером являются энрегии внутриатомных и молекулярных связей и излучение — всё это электромагнитное взаимодействие.

А «чисто гравитационным» частицам это не доступно. Для них даже температуру не определить (т.к. это тоже ЭМ-понятие).

Так что такие частицы не столько оседать должны, сколько наоборот разлетаться.

Доступно. От горизонта событий мотается только туда, но не сюда.
Температура у ЧД тоже вроде есть.

От горизонта событий мотается только туда, но не сюда.
Так этого вполне достаточно, чтобы «демпфировать». Такой вот односторонний «амортизатор».

Так это был контрпример к тому, что гравитационно демпфировать нельзя.

что б концентрироваться хоть где-нибудь нужен демпфер.
Спасибо! Выше я пытался ответить, но ваше объяснение получилось намного наглядное.

Огонь!

Немного не понял про детекторы: SNSPD прекрасно работают при жидком гелии, дальше охлаждать не нужно. Но как отделить сигнал от шума детекторов?

Спасибо!:)

Да, в целом SNSPDs будут работать, но они используют TES (transition edge sensor) со SQUID для усиления - там и высокая эффективность, и низкий шум. Там нужны как раз мК.

Насчет шума: в этом и сложность детектирования. Там темновой поток фотонв получается 10^-4/s. Как раз позволит видеть 1 фотон в день.

Они хотят одновременно использовать и TES и гетеродин. Говорят, так будет лучше:)

Ах да, у простого SNSPD шум порядка фотона в секунду.

Насчет гетеродина не очень понял, это как?

Хотят засунуть свет в правый резонатор и дать конвертированным фотонам модулировать его, а потом его со вторым лучом на сдвинутой частоте проинтерферировать, получив биения на частоте сдвига. Демодулировать результат и оттуда вытаскивать сигнал. Еще и сжатие туда засунуть можно.

Если интересно, тут есть полная статья про это дело.

Но там черт голову сломит, что где куда светит.

Забавные эксперименты. Помнится было что-то про время распада протона, вроде 10^32 степени лет (википедия говорит минимальный порог 2,9*10^29). Даже эксперимент начали. Только пока результаты отрицательные. Так и ежику понятно. Ведь вселенная существует только 1,5*10^10 лет. Надо еще чуть-чуть подождать.

А тепловая гибель вселенной состоится по сегодняшним оценкам примерно через 10^100 лет, так что подождать надо действительно недолго, а потом долго-долго жить в ужасном мире без протонов!

Вот прекрасное и пугающее видео: https://youtu.be/uD4izuDMUQA. Очень рекомендую, кто не видел. Если вы думаете, что распадом протонов всё закончится,... то это происходит в конце первой трети фильма.

Если взять 10^32 протонов - то один из них точно распадется за год) Так что нам нужно больше протонов !

Может кто объяснит. Если темная материя не взаимодействует с электромагнитным излучением - то она гораздо легче чем обычная материя должна собираться в сгустки.
На неё нет светового давления. Её не растягивают магнитные поля и т.п.
Почему не пытаются искать её в виде массивных "черных звезд" или черных дыр?
Ведь скорее всего она вся уже сконцентрировалась...
Или предполагается, что у неё есть какое-то фундаментальное свойство препятствующее этому?

Почему должна легче собираться в сгустки? По идее световое давление не сильно препятствует в обычной материи. Магнитные поля задают структуру, да. Но я бы как раз ожидал наоборот, что в темной материи меньше структуры, это почти сферическое гало вокруг галактики.

Другое дело, что идея про черные дыры - вполне себе возможная, такой вариант тоже рассматривается. Только там первичные черные дыры, которые сформировались в начале времен, сами по себе являются темной материей, нет никакой дополнительной частицы. Но там уже значительную часть возможных масс этих ЧД проверили и пока не обнаружили следов. Данных, правда, пока недостаточно, так что вполне может быть!

Чтобы собираться в сгустки, надо, наоборот, куда-то сливать энергию. В случае чистого гравитационного взаимодействия облако идеального газа сжимается, выкидывая ускоренные частицы в бесконечность. Но этот процесс медленный и, вроде, всегда заканчивается набором изолированных одиночек и пар частиц. Вот в случае электромагнитного взаимодействия частицы могут сбрасывать энергию излучением, поэтому сжимаются гораздо активнее.

И случае ЧД и случае всего остального, стремящегося скомковаться, от галактик до протопланетных дисков, главная проблема — куда слить момент, энергия-то не самая большая проблема.

В случае темной материи как раз основная разница в энергии: не можем сбрасывать энергию — имеем эллиптическое гало; можем сбрасывать энергию, но не момент — имеем плоский диск; можем сбрасывать все — собираемся в комок.

1)тёмная материя не взаимодействует сама с собой. Если у нас есть блин(на самом деле облако, но с блином объяснять проще), вращающейся тёмной материи, то этот блин не может избавиться от момента импульса, чтобы сжаться в точку.
2)если бы всё это приводило к чёрным звёздам или ЧД, то мы бы их видели в разных экспериментах. Например гравитационое линзирование света звёзд от того, что между нами пролетела такая случайная чд.

Я впечатлен, и мне завидно - что у некоторых стран есть средства на фундаментальнейшую науку!

У нас есть несколько научных мегапроектов.

Спасибо. Вот просто образцовая научно-популярная статья.
И по контрасту с вашим языком, максимально юзерфрендли, и гениально внятными диаграммами Фейнмана, - очень бросается в глаза, что когда в деле много экспериментов, названных аббревиатурами, на сводных графиках это все ну такое с первого взгляда. Хотя, казалось бы, эксперименты делают люди неглупые, и могли бы думать на шаг вперед, выбирая названия. Видимо, это растлительное влияние инженерной бюрократии? В НАСА такая же фигня с названиями. А ведь есть же удачный опыт астрономии, когда для спутников планет выбрали схему названий, очень удобных для человеческого внимания и памяти. Почему же высоколобые физики-теоретики не выдумали удачную схему названий экспериментов, особенно в областях, где результаты будут плотно сопоставляться?

Спасибо за добрые слова!

Насчет названий - я думаю, тут дело в другом. Все эти эксперименты очень про разное: они используют разные подходы и разные команды ученых работают над ними. Каждый хочет отличаться от другого, быть узнаваемым. Поэтому каждая команда придумывает какое-нибудь хитрое название. В каком-то смысле они соперничают друг с другом, поэтому выделяющееся название - часть маркетинга. Иногда доходит до абсурда, да.

Поясните, что такое эффект Примакова? Откуда он взялся? Это чисто теоретический эффект, который и проверит ALPS II или же уже что-то доказанное?

Эффект Примакова - превращение фотона в массивную частицу (мезон с нулевым спином) в электрическом или магнитном поле. Этот эффект вполне наблюдается в экспериментах (например, эксперимент COMPASS в ЦЕРНе). По идее, он должен приводить и к рождению гипотетических аксионов, о которых шла речь в статье. Но вот это как раз не доказано, и это пытается поймать ALPS II.

А, типа фотоны уже превращаются в мезоны, но мезоны бьются об стенку? А вот (предположительно) аксионы пролетают дальше и превращаются обратно в фотоны?

Аксионы - тоже мезоны. Скорее просто энергии света (и магнитного поля) не хватит, чтобы сделать какие-то другие более тяжелые частицы из стандартной модели. Поэтому эксперимент называется еще any light particle search. Они могут поймать любые частицы, которые очень легкие. Но мы не знаем, что это могут быть за частицы кроме аксионов.

Частиц не бывает, вообще. Иногда нам удобнее говорить о волнах как о частицах, т.к. эти возмущения — волновые пакеты — оказываются достаточно ограничены во времени или пространстве. Условно говоря, каждая частица — это такой импульс квантового поля. Если кто-то вас спросит, является ли нейтрон частицей, смело говорите — нет, это волна!

Волн тоже не бывает вообще, бывают некоторые физические явления, которые нам удобно моделировать волновыми или дельта функциями в разных ситуациях ;)

Ну вот тут как раз как посмотреть. Если считать, что волновая функция является физической реальностью (как считается в рамках многомировой интерпретации квантовой механики, например), то волны как раз очень даже бывают.

А возмущения волновых пакетов называются частицами. Поэтому если волновая функция существует, то и частица существует.

Ну если вы называете волновые пакеты частицами - то пожалуйста) Но в обычном нарративе частица это что-то отличное от волны.

Можно и с другого боку зайти - в природе существуют частицы, а волновые функции это следствие недостатка точной информации об их координатах и прочих физических параметрах. Тогда волны существуют так как частицы существуют. В любом случае, с какой стороны не посмотри волновая функция и частица всегда ходят рука об руку, как санитары с Тамарой.

И наверное оба эти рассуждения правильные, так как они по сути изоморфны, ведь они приводят к одному и тому же результату.

Если вы определяете частицы как волновые пакеты, то, конечно, можно. Но это просто тогда другое название волны. А если понимать частицу в классическом смысле, то оно не будет работать.

Очень понятно написано.
И очень заманчиво.

> По плану запуск планируется на осень этого года
Прямо теперь жду статью о результатах

Спасибо!:)

Думаю, сбор данных займет продолжительное время: ожидается, что в среднем будут регистрировать 1 фотон в день. Но там дальше все будет зависеть от конкретных параметров аксионов (если они вообще существуют). Так что пройдет довольно долгое время, прежде чем можно будет сделать какие-то определенные выводы.

А как это одно и то же магнитное поле, впервые преобразует фотоны в аксионы, а потом обратно аксионы в фотоны?
И вообще, этот эффект Примакова доказан экспериментально? И прямой и обратный?


Ну, не знаю. Как по мне, все эти темные материи и энергии, это просто темнота в наших знаниях о вселенной. «Эпициклы» 21-вого века.


Ученые часто забывают, что тысячу лет назад жили другие ученые и они тоже знали всю истину о законах природы. А потом оказалось, что все не так работает.

И вообще, этот эффект Примакова доказан экспериментально?
Чуть выше была ссылка и небольшое обсуждение.
https://habr.com/ru/post/683344/#comment_24645530
другие ученые и они тоже знали всю истину о законах природы. А потом оказалось, что все не так работает.
Они предполагали, что знали. И пытались это подтвердить или опровергнуть. Или создать другую теорию, без эпициклов и теплорода.
Эйнштейн предложил общую теорию относительности, обьясняющую явления, необъяснимые другими теориями, и предсказывающую новые, ранее не наблюдавшиеся явления, а Эддингтон смог её подтвердить, увидев явления, предсказанные этой теорией.
Так и сейчас — нужно проверить, существует или нет темная материя. А если существует, то что это за сущность. Ну, и или предложить другую «теорию всего», которая сможет объяснить все явления без использования тёмной материи.
Например на habr был пост (статья?) Николая Горькавогос его теорией, которая позволяет объяснить наблюдаемое ускоренной расширение Вселенной без использования “тёмной энергии“ – ещё более таинственной сущности, чем “темная материя“.
Но там у учёных возникают свои вопросы.

По поводу темной энергии - есть работа корейцев, что нет никакого ускорения расширения, а значит темная энергия не нужна. Мне это (как консерватору и ретрограду) нравится.

А как это одно и то же магнитное поле, впервые преобразует фотоны в аксионы, а потом обратно аксионы в фотоны?

Почему бы нет?

Ну, не знаю. Как по мне, все эти темные материи и энергии, это просто темнота в наших знаниях о вселенной. «Эпициклы» 21-вого века.

Я как раз об этом и написал в статье. Темная материя - это просто термин для пробела в нашей теории. Мы наблюдаем эффект, как если бы у нас было вещество, не взаимодействующее со светом. Мы не знаем, что это может быть.

Ученые часто забывают, что тысячу лет назад жили другие ученые и они
тоже знали всю истину о законах природы. А потом оказалось, что все не
так работает.

Ученые никогда об этом не забывают ;)

Почему бы нет?

Потому что если фотон превратиться в аксион, то сразу то же самое поле превратит его обратно в фотон. Ну или наоборот – аксион превращается в фотон, но то же самое поле обратно превращает его в фотон аксион (ну или в пару аксионов – не суть).


Темная материя — это просто термин для пробела в нашей теории

Даже если и так, то это очень неудачный термин – потому что уже предполагает материю в качестве ответа. Вот и ищут частицы. А почему не ищут несоответствия в ОТО на больших расстояниях? А что если гравитация на больших расстояниях работает по другому. Ну или свет. Или время. Или все это вместе.

Даже если и так, то это очень неудачный термин – потому что уже предполагает материю в качестве ответа.
Скорее неудачный перевод английского термина “Dark Matter“.
К тому же энергия тоже материя, и поэтому иногда возникает путаница между русскими терминами “Темная материя“ vs “Темная энергия“.
Поэтому некоторые физики и асторономы (например, Попов) предпочитают “Тёмное вещество“
А почему не ищут несоответствия в ОТО на больших расстояниях?
Ищут, например MOND aka Модифицированная ньютоновская динамика. Но там свои проблемы (например, “отмена“ закона сохранения импульса и другие искусственные допущения).

Потому что если фотон превратиться в аксион, то сразу то же самое поле превратит его обратно в фотон. Ну или наоборот – аксион превращается в фотон, но то же самое поле обратно превращает его в фотон аксион (ну или в пару аксионов – не суть).

Может превратить обратно в фотон, конечно. Но только вероятность этого невелика. Но это учитывается в эксперименте и просто не приведет ни к чему: этот фотон точно так же останется в резонансе с остальными.

Даже если и так, то это очень неудачный термин – потому что уже предполагает материю в качестве ответа.

Термин не очень удачный, но мы тут уже ничего поделать не можем, так установилось исторически.

А почему не ищут несоответствия в ОТО на больших расстояниях?

Ищут, я об этом писал в статье.

Термин не очень удачный, но мы тут уже ничего поделать не можем, так установилось исторически.

Я бы поверил, что это так, но ищут то именно вещество – частицы. Так что или термин вредный и мешает объективности научного поиска. Или вы лукавите и всё-таки все считают что это именно частицы.


Я конечно понимаю, что коррекция ОТО может обернуться большими потрясениями. Намного больше чем открытие новой частицы, при этом предсказанной стандартной моделью.


Но ещё я знаю, что каждая теория является только приближение реальности. А современные физики ведут себя как будто уже вывели на бумаге абсолютную истину. И как будто реальность должна изменяться чтобы соответствовать теории.

Еще раз повторю: ищут и коррекции к ОТО, и частицы (вам выше написали про MOND). Коррекции к ОТО пока не позволяют воспроизвести наблюдения.

А почему не ищут несоответствия в ОТО...
Потому что парадигма. Ищут, но тайком, правда тайком трудно - нужны дорогие эксперименты, вот и не ищут... ой. Вот вы от кого-то всего лишь минус получили за коммент - а 500 лет назад могли бы и на костер отправиться (очевидно, народ добрее становится). Это я к чему - новые идеи подкрепленные некими неэкстраординарными доказательствами обычно слишком новые. Я вот не верю в темную энергию и темную материю (потому что я ретроград и консерватор) - для меня эти идеи слишком новы. Ну а проведут эксперимент, более-менее докажут, я скажу "ну... кто бы знал... ничего не предвещало".

Идея о тёмной материи по сути ультра консервативная и вполне вписывается в парадигму.


«Давайте не будем шатать хорошую теорию, лучше придумаем невидимую и неуловимую материю и этим все объясним.»


Так что вы уж определитесь – консерватор или наоборот прогрессист. :D

А можно я на броневик? )))
На самом деле да - странно.
Идее темной материи уже больше ста лет, так что она вполне может считаться консервативной. Но если идея мне не нравится? Может я тогда э... ретроконсерватор?
Вообще это любопытная тема про принятие идей, причем чем дальше, тем хуже - скажем что вокруг чего вращается - воспринять просто, а что тепло передается не теплородом - уже сложнее. Кстати темная материя - костыль сродни теплороду, флогистону, эфиру.
Наверное можно найти еще какие-то введенные сущности, которые бы объясняли явления при помощи своих особенных свойств.

темная материя — костыль
… который тем не менее объясняет многие сущности.
Ну, допустим скорость вращения звёзд в галактике можно объяснять с помощью Модифицированной ньютоновской динамики MOND (правда для этого придётся «отменить» закон сохранения импульса, но это детали), но чем объяснить несовпадения центра видимой массы некоторых галактик с центром масс исходя из гравитационного линзирования? И то и другое наблюдаемый факт — см 2 часть статьи.
В общем, убрав одну сущность придётся вводить какие-то новые…
темная материя — костыль сродни..., эфиру.
А вот тут кстати интересно!
Эксперимент DAMA по-прежнему «видит» частицы темной материи
Пересказывать статью не буду, приведу оттуда одну картинку, график наблюдений, и короткий комментарий:
image
image
Эксперимент регистрирует некоторую сущность, связанную с галактикой, относительно которой скорость движения земли меняется в течении года.
Возможно, эксперимент фиксирует нечто земного происхождения, и для проверки этого сейчас готовится аналогичный эксперимент в южном полушарии. Если же и он покажет такой же результат (без сдвига на полгода между графиками), то остаётся или темная материя (в данном эксперименте фиксируется WIMP), или эфир ;-)

Спасибо! Очень интересно! Надо почитать - конечно остается воспрос, возможны ли другие троактовки эксперимента. "Теоретику не верит никто, кроме самого теоретика, экспериментатору верят все - кроме самого экспериментатора".
Как пример - рецензировал статью - авторы заявили, что у них погрешность эксперимента 4%, я пересчитал - оказалось... чуть больше - 14%, и это тема в которой я специалист. Друг-астрофизик говорит, что у них попасть в порядок (расчет с экспериментом) это уже очень хорошо. Но это всё общие соображения - если ТМ таки найдут (незавиисмо в разных экспериментах) то я скажу: "О! Был неправ! Как интересен мир!", а если таки не найдут, а окажется что все плохо измеряют - я скажу "Ага! Я же говорил!"

К сожалению, этот конкретный эксперимент - скорее всего ошибка в обработке данных. Точно такие же эксперименты в других частях света с другими командами не показывают сигнала. Более того, недавно было объяснение этой ошибки (другой эксперимент ровно на такой же установке смог воспроизвести сигнал DAMA, делая намеренную ошибку в обработке).

Точно такие же эксперименты в других частях света с другими командами не показывают сигнала.
Точно таких же экспериментов в южном полушарии вроде бы пока не было — были другие, с другими датчиками.
Однако рояль в кустах буквально несколько дней назад официально открыт первый детектор темной материи в Южном полушарии
SUPL построен в южном полушарии (является антиподом DAMA), размещён на глубине более километра в заброшенном руднике в Австралии, и также как в эксперименте DAMA имеет датчик на йодиде натрия.
Так что остаётся ждать результатов…

Ну вот по моей ссылке выше два эксперимента точно с тем же йодиде натрия в северном полушарии (Южная Корея и Испания) не видят сигнала. Точнее, видят, если непаравильно проанализируют данные. Плюс DAMA отказывается выпускать свои полные данные до анализа, что как бы намекает.

Но тем не менее было принято решение о строительстве SUPL, и именно в южном полушарии.
Что как бы тоже намекает…
В любом случае теперь нам остаётся дождаться результатов.
Кстати темная материя — костыль сродни теплороду, флогистону, эфиру.
Есть разница. Эфир и др. перечисленные сущности нужны были для объяснения наблюдаемых явлений. Эфир как среда в кот. распространяется свет, теплород, как субстанция объясняющая распространение тепла, и тп. Для ТМ этого не нужно, как гравитирующая масса влияющая на движение тел, и др. эффекты, она объясняется ОТО. Нам не нужно с ее помощью что-либо объяснять, по крайней мере, пока. Наоборот, требуется объяснение из чего ТМ состоит, то же самое относится к ТЭ. Эти сущности не объясняются существующими теориями, но и не противоречат им, и в этом проблема. Нужно установить их свойства, с помощью экспериментов или наблюдения, кот. могут быть выражены в терминах существующих фундаментальных теорий, кот. в прямую противоречат им. Поясню на примере эфира. Опыты Майкельсона-Морли не обнаружили эфирного ветра, и это поставило крест на эфире. С другой стороны этот отрицательный результат означал экспериментальное установление постоянства (инвариантности) ск. света. До этого в элм. теории это был теоретический результат, и сам Максвелл предлагал провести эксперименты с проверкой влияния эфира на распространение света. После опытов М-М это постоянство стало экспериментальным фактом, кот. математически можно было записать в терминах классической механики v <= c, где с — ск. света. Вот оно противоречие клас. механике, где таких ограничений нет. Эйнштейн обобщил этот факт на все физические взаимодействия, и положил одной из основ в разработке СТО. А наблюдаемый факт смещения перигелия Меркурия не объясняемый теорий тяготения Ньютона, и точно выраженный на языке класс. физики, послужил одним из мотивов разработки ОТО.

С ТМ и ТЭ таких экспериментов и наблюдений пока нет. Т.е. не установлено противоречий точно выраженных в терминах ОТО или кв. физики. По это причине нельзя однозначно расширять их, так чтобы они были частными случаями новых, более общих теорий. Как в случае с клас. механикой, кот. является предельным случаем СТО при малых скоростях, и гравитационный закон Ньютона, кот. является предельным случаем ОТО при слабых гр. потенциалах. В коментах приводилась ссылка на эксперимент DAMA, если удастся доказать, что обнаруженные эффекты не артефакты измерений и удастся зафиксировать противоречие, то возможно это будет какой-то зацепкой похожей на традиционный сценарий развития фундаментальной физики.

Что касается названия — Темная материя, в коментах были претензии, что оно вводит в заблуждение направляя на поиск не существующих частиц, то это ерунда. В квантовой физике деления на частицы и поля условное, а термин материя является общефизическим понятием. См. сколько раз упоминается слово matter в статье вики о физике, говорят о состояниях материи, и тд. С учетом того, что эта субстанция проявляет себя как гравитирующая масса название вполне подходящее, ни чему не противоречащее. Наоборот, стимулирующее воображение, и настраивающее на поиск ответа) Когда установят, что это такое, дадут и более подходящее название.

Спасибо! Из комментов узнаю о ТМ больше чем из популярных статей!

1)я так понял что вероятность превращения в фотон и в аксион примерно равная. Т.е. вероятность двух превращений одной частицы очень маленькая. А у вас получается что как только 1 раз превратился, тут-же превращается и второй.
2)Ищут, нашли(галактики крутятся слишком быстро), стали объяснять, придумали 2 теории MOND и тёмную материю. Но MOND не объясняет распределение массы в bullet cluster, а тёмная материя объясняет прекрасно. А ещё MOND требует подстройки множества параметров, а тёмная материя только одного параметра-масса этой материи.

Интересная статья и экперимент. Но все же сказать "магнитов мощностью в 5.3 Tл" не совсем правильно Тесла это магнитная индукция.

Мощность тут имеется в виду в бытовом смысле:) А так вы правы, конечно.

А можно обсудить первую часть более подробно? Мы знаем, что движение галактик видится нам таким, каким оно было бы при наличии гало темной материи. То есть гравитационное поле тёмная материя меняет.
Но это гало не светится от прилетающих лучей и не затеняет чужой свет, то есть со светом оно не взаимодействует.
Почему предполагается, что оно может участвовать в сильном или слабом "взаимодействии"?

Потому что иначе непонятно, как она может вообще сформироваться. Слабое взаимодействие отвечает за взаимодействие между частицами, в т.ч. за рождение и распад. Без этого не очень понятно, как она может существовать. Сильное взаимодействие существует только внутри сложных частиц между кварками, и тут не очень актуально.

Но тут важно, что темная материя в виде аксионов могла бы взаимодействовать и со светом (об этом статья собственно), просто очень-очень слабо, так что мы не видим этого в норме на галактических масштабах.

А есть вариант, когда оно не рождается и не распадается больше, так с момента большого взрыва и расползается паутинкой уплотнений вселенского масштаба? Весь компот обычной материи активно взаимодействовал и тратился, а темная нет, и она расползшись далее потом просто тянула к себе обычную материю.

По кр. мере из того, что рассказывал Попов такое впечатление и возникает.

Оно примерно так и есть: рождение и распад происходят очень-очень медленно и только в особенных условиях (типа сильных магнитных полей, как в статье). В остальном она как образовалась, так и расползается.

Но представить частицы, которые совсем не взаимодействуют через слабые взаимодействия - сложно. Тут применяется бритва Оккама: мы выбираем самый простой из вариантов, которые позволят объяснить наблюдения. Такой вариант - частицы, которые взаимодействуют очень-очень слабо.

"Итак, мы выяснили, что темная материя существует,..." - сильное заявление, когда выдадут Нобелевку? При всех достоинствах статьи, это как то бьет в глаз. Темная материя, одна из рабочих гипотез, с тем или иным приближением позволяющая описать и наблюдаемые явления, и динамику формирования структуры видимой вселенной через введение некой инертной, но гравитирующей субстанции. При этом есть и другие попытки описания наблюдаемых явлений, то же самое MOND, и там ребята тоже вроде не опускают руки и строчат формулы и строят симуляции.

Я буквально это и пишу в статье, и про MOND, и про всякие остальные штуки, так что не понимаю, что не так:)

Термин "темная материя" - просто placeholder для какого-то неизвестного физического механизма.

Ой, прошу прощения, я, видимо, при прошлом редактировании удалил абзац про это случайно. Действительно, сейчас об этом не говорится. Поправлю, когда вернусь в офис, спасибо за указание!

UPD: добавил. Это все новый редактор съедает при переформатировании!

При конвертации фотона в волшебную частицу и обратно, направление полета может измениться на случайное? Если так то длинные магниты не имеют особого смысла?

Направление полета должно быть тем же, что и у начальной частицы (должен выполняться закон сохранения импульса). Чем длиннее магниты - тем лучше, поэтому собственно в эксперименте они по 100 метров с каждой стороны.

А почему солнечный эксперимент в рентгене работает, а не в том же спектре что и описанный?

Они пытаются искать аксионы разных энергий. По идее, рентген попроще ловить из-за большей энергии. В гелиоскопах это позволяет проверять режимы с большими энергиями аксионов, которые более вероятны с точки зрения теории. Но его очень сложно использовать для эксперимента в лабораториях (с ним толком не сделать резонаторов и вообще сложно производить в нужных мощностях).

Если эти установки и их улучшенные версии ничего не найдут, какие проекты с иной идеологией могут придти на замену?

Если говорить про аксионы, мы не знаем пока другого способа их детектировать, кроме как через конвертацию в фотоны. Поэтому все концепции, которые у нас есть, так или иначе связаны с этим. Скорее всего это эксперимент ничего не найдет, но шансы у других (MADMAX, IAXO) повыше: у них значительно выше чувствительность.

имею в виду - если исследователи остынут к аксионам. к примеру в случае - серии неудач. есть план "в"?

Да, разных идей - полно. И разные другие частицы, и черные дыры, и модификация законов гравитации. У аксионов есть "бонус" - они решают всякие другие проблемы в физике частиц. Поэтому их сейчас так активно ищут. Но никто не говорит, что непременно две проблемы должны решаться одной частицей.

В областях где ТМ много и она занимает большие объемы пространства, в предположении, что она как-то взаимодействует с обычной материей, кроме гравитационного, пусть и очень слабо, должны наблюдаться астрофизические явления, кот. возможно нельзя будет объяснить без ее привлечения. Такие наблюдения предположительно имеются для вимпов и аксионов, см. в конце текста. Те из наблюдений, которые не удастся объяснить с помощью имеющихся теоретических представлений, или списать на артефакты, могут стать кандидатами на обнаружение взаимодействия с ней. Если будут подтверждены другими случаями наблюдения в таких же условиях, можно попытаться воспроизвести эти условия в новых постановках экспериментов. Возможно новое поколение телескопов разного типа и базирования с повышенным разрешением и чувствительностью помогут в обнаружении таких аномальных явлений в таких областях.

Я не очень понял, к чему коммент, если честно:) Наверное, это цитата откуда-то?

Вообще говоря, вимпы и аксионы - просто наиболее популярные модели (т.к. самые простые и старые). Есть много альтернатив.

Я не очень понял, к чему коммент, если честно:)
К тому, что автор ветки интересуется, что будет, если все эксперименты, основанные на имеющихся теоретических предположениях, вы их перечисляете, не принесут результатов — на этот случай план имеется? Остается дедушкин метод — продолжить астрофизические наблюдения, с помощью кот. ТМ была обнаружена сама, чтобы собрать больше информации для других возможных постановок экспериментов по поиску ее объяснения. Другого пути вроде нет. Пожалуй нужно было ответить ему, но решил дополнить ваш комент. В остальном, хотя озвученная мысль кажется тривиальна, комент не является цитатой)
Еще одна тривиальная мысль - можно опустить
Но интересно, как будут развиваться события, если после всех мучений останется признать одно, ТМ проявляет себя исключительно, как гравитационный феномен? То что эффекты связанные с ней описываются ОТО направляет мысль на поиск типа материи или ее состояния, кот. отвечает за их возникновение, в рамках известных физических представлений. Но ведь это может быть пр-временной феномен, кот. только внешне проявляет себя как гравитационный, но имеет другую, неизвестную физическую природу. Модификации теорий гравитации также не решат проблемы понимания. Причина может крыться в ограниченном понимании физической сущности самого пространства и времени. Можно привести немало аргументов в пользу этого, включая физических, кот. приводят и некоторые известные физики. Помню про дядюшку Оккама) и проверку простых объяснений для начала. Это чисто субъективное восприятие возможного развития событий, по историческим аналогиям. Как с открытием радиоактивности, искали одно, а случайно открыли другое, так обычно проявляет себя реальность, и это открытие было одной из причин развития Новой физики, с новыми концептуальными представлениями. В одной из тем попытался это субъективное ощущение на текущую ситуацию с проблемами КТГ, ТМ и ТЕ отобразить художественно, в стиле васнецовских богатырей на распутье) впрочем возможно вы видели это художество.image

Теперь понял! Да, это правильно, конечно.

Насчет дополнения: все так, пока мы слишком многого не понимаем. Так что любые подходы пойдут, пусть цветут все цветы!

Они собрали данные в прошлом году, но результаты пока еще не обнародовали. Должны в ближайшие месяцы. Тоже жду с нетерпением!

А можно ли как в DAMA, только сцинтилляторы в магнитное поле поместить, а лучше половину оставить без поля и наблюдать разницу?

Да, примерно такие эксперименты делают! Не именно со сцинтилляторами, но суть та же. Например, MADMAX, или галоскопы, типа IAXO. Я вот тут давал лекцию как раз про разные методы детектирования. А еще недавно написал статью-урок подробнее про темную материю в целом, и упоминал в т.ч. разные методы тоже.

Sign up to leave a comment.

Articles