Что такое навигационная система GPS известно практически всем людям. При помощи сигналов спутников этой системы каждый человек, имеющий навигатор, смартфон или планшет с поддержкой GPS, может в любой момент с достаточно высокой точностью узнать свое местоположение и сориентироваться на незнакомой местности. Но у сети высокоточных часов, имеющихся на борту каждого навигационного спутника, может быть еще одна несвойственная им область применения, их сигналы, точнее ошибки в отсчете времени, могут быть использованы в поисках неуловимой тёмной материи, которая, как предполагают некоторые ученые, находится буквально повсюду, окружая нас.
Согласно имеющимся теориям, на долю темной материи приходится больше 80 процентов от общего количества материи во Вселенной. Так как темная материя практически не взаимодействует с обычной материей, ее частицы пока не удалось обнаружить ни одной группе ученых, хотя такие поиски ведутся достаточно интенсивно. Но Андрей Деревянко, ученый из университета Невады в Рено, и Максим Поспелов из Института теоретической физики Периметра (Perimeter Institute for Theoretical Physics) в Ватерлоо, Онтарио, Канада, считают, что петли и разломы в квантовых полях, возникающие в результате воздействия темной материи на пространственно-временной континуум, могут стать тем, что поможет найти темную материю.
В этих петлях и разломах некоторые известные фундаментальные свойства и константы, такие, как масса электрона или магнитная постоянная, к примеру, изменят свои значения на небольшую величину. «Эффект от воздействия темной материи фактически меняет в локальном масштабе значения некоторых фундаментальных констант» — рассказывает Деревянко, — «Эти изменения могут затронуть и работу любых высокоточных часов, которые незначительно ошибутся в отсчете своего времени».
Сейчас в распоряжении ученых имеется достаточно развитая сеть высокоточных часов спутников GPS. Этап сеть имеет диаметр в 50 тысяч километров и движется в пространстве вместе с Землей и всей Солнечной системой со скоростью приблизительно 300 километров в секунду. Согласно теоретическим расчетам, сети спутников на такой скорости потребуется около 170 секунд для того, чтобы пересечь зону достаточно большой квантовой петли или разлома. И в момент прохождения сети спутников через зону их часы ошибутся не некоторую величину. И хотя часы могут ошибиться по сотне других причин, влияние темной материи на их работу будет иметь четкую подпись, не заметить которую будет практически невозможно.
В распоряжении Андрея Деревянко имеется набор хронометрических данных системы GPS за последние 15 лет ее функционирования. Такой огромный объем данных может быть обработан только при помощи достаточно мощного суперкомпьютера. Но, если такая обработка из-за относительно низкой точности имеющихся данных не принесет результатов, то в распоряжении ученых имеется возможность продолжить свои поиски при помощи сигналов сети Network for European Accurate Time and Frequency Transfer (NEAT-FT). NEAT-FT представляет собой сеть высокоточных атомных часов, разбросанных по всей Европе, точность которых намного превышает точность часов спутников системы GPS.
Кроме использования сетей спутниковых и наземных атомных часов, у ученых имеется еще один вариант поисков следов темной материи. «Если теория о существовании космических квантовых петель является верной, то мы можем искать темную материю, используя сигналы пульсаров, останков взорвавшихся звезд, вращающихся с большой скоростью. Пульсары испускают периодические потоки электромагнитного излучения, при этом, период импульсов излучения некоторых пульсаров имеет намного более высокую стабильность, нежели стабильность атомных часов» — рассказывает Деревянко, — «И в данных, собранных учеными и касающихся пульсаров, уже содержаться некоторые дразнящие намеки на наличие «сигналов» темной материи».
Этими намеками являются так называемые «звездные землетрясения», явления, причины возникновения которых пока неизвестны ученым. Но один из ученых, Виктор Фламбаум (Victor Flambaum) из университета Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, выдвинул предположение о том, что ответственность за «звездные землетрясения» лежит на упоминавшихся выше петлях темной материи. «Когда области топологических возмущений проходят через пульсар, его диаметр, внутренняя структура могут немного измениться, что приводит к «землетрясению» на пульсаре» — утверждает Виктор Фламбаум.
Если теории о том, что наличие темной материи приводит к возникновению квантовых петель в пространстве, окажется правильной и подтвердится результатами измерений и экспериментов, то это даст ученым значительную подсказку о направлении, куда им следует двигаться дальше в поисках частиц темной материи. «А у людей, которым доводилось заблудиться, следуя подсказкам системы GPS, появится достаточно значимое оправдание» — рассказывает Деревянко, — «Ведь вполне возможно, что на них самих и на их электронику повлияла неуловимая тёмная материя -))».
