Физики японского научно-исследовательского института RIKEN выяснили, что гипотетические частицы темной материи, называемые аксионами, способны генерировать загадочные струны внутри топологических изоляторов. О статье ученых, опубликованной в журнале Physics Letters B, кратко сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Исследователи изучили необычное явление, возникающее внутри топологического изолятора — материала, который в объеме представляет собой диэлектрик (изолятор), однако на поверхности способен проводить электрический ток. Обычно при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле возникает поперечное напряжение (разность потенциалов), что называется эффектом Холла. Однако в топологических изоляторах происходит аномальный эффект Холла, когда напряжение генерируется в отсутствие внешнего магнитного поля.
Ученые пришли к выводу, что в топологических изоляторах при взаимодействии фотонов и аксионов могут возникать протяженные нитевидные конфигурации — аксионные струны, чем и объясняется аномальный эффект Хола.
Аксионы до сих пор не были обнаружены. Считается, что эти частицы могут быть кандидатами на роль темной материи, невидимой массы, влияющей на движение космических тел и составляющей 80 процентов материи Вселенной. Кроме того, они могут решить проблему в квантовой хромодинамике, заключающуюся в нарушении CP-инвариантности. В июне 2020 года эксперимент XENON1T в лаборатории Гран-Сассо в Италии сообщил о том, что они могли обнаружить аксион, но этот результат пока еще не подтвержден.
CP-инвариантностью называют сохранение физических законов при операции зеркального отражения системы с одновременной заменой всех частиц на античастицы. Однако было показано, что СР-инвариантность нарушается в некоторых экспериментах со слабым взаимодействием.
