Темная материя — загадка даже для ученых. Пока что все знания о ней основаны на гипотезах, и одна из них заключается в том, что тёмная материя состоит из аксионов. Это нейтральные частицы, которые слабо взаимодействуют с обычным веществом и превращаются в фотоны в сильном магнитном поле.
Ученые проводят различные эксперименты и создают специальные телескопы для того, чтобы обнаружить аксионы, однако достоверных данных всё ещё нет. Ещё один способ исследовать уникальные частицы — это создание метаматериалов, которые могли бы служить моделями тёмной материи, но и это совсем не просто.
Доказать уникальные свойства метаматериала помогли математические расчеты. Например, ученые сравнили силу магнитного поля, возникающего, когда круговой ток помещают в оболочку из созданного вещества или из аксионов, и получили одинаковую величину.
Причем сильное проявление аксионных эффектов — не единственное преимущество нового вещества. Его слоеная структура, которую собрали, как конструктор, позволяет регулировать свойства метаматериала. Природные материалы такой возможности не дают.
В результате ученым ИТМО удалось не только создать новую модель для изучения темной материи, но и разработать новые теоретические подходы к созданию метаматериалов. Они первыми в мире посчитали аксионный отклик материала в фотонике и планируют и дальше изучать различные уникальные отклики метаматериалов.
«Искусственные среды открывают богатые возможности протестировать известные эффекты фундаментальной физики — например, дираковские фермионы, античастицы, а теперь и аксионы — с помощью довольно простых систем. Возможно, наше понимание таких систем может подтолкнуть и к новым фундаментальным результатам», — отметил Максим Горлач, соавтор статьи и руководитель фронтирной лаборатории.
Работа опубликована в журнале Physical Review B.
