Охота на аксион: как физики приближаются к разгадке тёмной материи

DMRadio: поэтапная программа MIT нового поколения

Комплекс экспериментов DMRadio — это поэтапный план MIT по охвату масс аксионов ниже 1 мкэВ. Все фазы используют один и тот же основной принцип — сильное магнитное поле превращает аксионы в регистрируемый электромагнитный сигнал, — но отличаются масштабом и чувствительностью.

• DMRadio-50L — в настоящее время строится в Стэнфордском университете. Он будет исследовать диапазон 5 кГц – 5 МГц с помощью LC-резонатора с сосредоточенными параметрами и тороидального магнита, а также послужит испытательным стендом для квантовых сенсоров . Ввод в эксплуатацию уже идёт: полная криогенная система введена в строй, и ожидается, что сбор данных начнётся в ближайшее время .
• DMRadio-m³ — находится на стадии проектирования. Он предназначен для достижения эталонных моделей QCD-аксионов KSVZ и DFSZ в диапазоне 10–200 МГц (41 нэВ – 0,83 мкэВ). Готовятся планы реализации проекта . Согласно проектной работе 2025 года, для достижения основной научной цели — чувствительности к аксионам DFSZ в диапазоне 30–200 МГц — потребуется 2,9 года сканирования с достоверностью 3σ .
• DMRadio-GUT — более отдалённый эксперимент будущего, нацеленный на QCD-аксион великого объединения (GUT-масштаб) в диапазоне 100 кГц – 30 МГц с решающей чувствительностью .
• DMRadio-Core — новая геометрия, предложенная в 2026 году. Она использует узкий сегментированный соленоид для оптимизации сбора сигнала, что позволяет снизить запасённую магнитную энергию при сохранении чувствительности .

Джессика Фрай: от Бродвея до охоты на аксион

Джессика Фрай — аспирантка пятого курса физического факультета MIT в Лаборатории ядерных наук, где она создаёт специализированные детекторы для программы DMRadio. У неё необычный путь: до прихода в науку она была профессиональной актрисой на Бродвее. В MIT её переход характеризуют как "от бродвейской сцены до Лаборатории ядерных наук MIT". О поиске аксиона она говорит: "Это сложная задача. Но решаемая. Это весёлая охота" . Фрай попала в список Forbes 30 Under 30 в категории «Наука» (2026) за руководство поисками тёмной материи . Она опубликовала 10 научных работ, на которые ссылаются почти 200 раз .

BabyIAXO и Международная обсерватория аксионов (IAXO)

BabyIAXO — это промежуточный "аксионный гелиоскоп", который будет искать аксионы, рождающиеся в недрах Солнца. В нём используется специальный сверхпроводящий дипольный магнит, который, по словам координатора проекта профессора Маттиаса Шотта из Боннского университета, является "самым большим дипольным магнитом из когда-либо построенных в физике элементарных частиц" . Магнит имеет длину 10 метров и два отверстия диаметром 70 см, работает при температуре около −270 °C и установлен на подвижной платформе, чтобы 12 часов в сутки следить за Солнцем .

Немецкое научно-исследовательское сообщество (DFG) недавно одобрило финансирование в размере 6 миллионов евро в рамках Кластера передового опыта "Color meets Flavor" в университетах Бонна, Зигена и Дортмунда на строительство магнитной системы, которая сейчас переходит к этапу непосредственного изготовления . BabyIAXO разместится на территории исследовательского центра DESY в Гамбурге и позволит испытать технологии магнита, оптики и детекторов для полномасштабной Международной обсерватории аксионов (IAXO), которая будет обладать значительно большей чувствительностью к солнечным аксионам .

Общее настроение в научном сообществе: что на самом деле думают физики

Область поиска стремительно развивается, и учёные испытывают обоснованный оптимизм, однако было бы преувеличением называть неизбежность открытия "предрешённой". Многочисленные эксперименты — ADMX, CAPP, HAYSTAC, ABRACADABRA и другие — неуклонно сужают разрешённое пространство параметров. DMRadio-m³ и ADMX-EFR готовятся в ближайшие годы проверить наиболее теоретически обоснованные модели QCD-аксионов (KSVZ и DFSZ) . Многие физики, участвующие в этих поисках, описывают задачу как "решаемую" благодаря характерной форме ожидаемого сигнала . Однако сигнал аксиона до сих пор не обнаружен, и масса аксиона может находиться в областях, которые остаются экспериментально труднодостижимыми. Настроение научного сообщества лучше всего описать как сдержанный оптимизм — наконец-то появляются инструменты, которые могут либо открыть аксион, либо окончательно исключить его существование в широких диапазонах масс, что в любом случае станет крупным научным результатом.