Претварање невидљиве тамне материје у видљиву светлост

Истраживања тамне материје напредују коришћењем нових експерименталних техника дизајнираних да детектују осе и коришћењем напредне технологије и интердисциплинарне сарадње како би се откриле тајне ове неухватљиве компоненте универзума.

Дух прогања наш свет. Ово је познато у астрономији и космологији деценијама. Напомене Предлажем то око 85% Сва материја у свемиру је тајанствена и невидљива. Ова два квалитета се огледају у његовом називу: тамна материја.

Неколико експеримената Циљ им је да открију њихове састојке, али упркос деценијама истраживања, научници нису успели. Сада Наше ново искуствоу изградњи у Универзитет Јејл У Сједињеним Државама нуди нову тактику.

Тамна материја постоји око универзума од почетка времена. Повуците звезде и галаксије заједно. Невидљив и суптилан, чини се да не ступа у интеракцију са светлошћу или било којом другом врстом материје. У ствари, требало би да буде нешто сасвим ново.

Стандардни модел физике честица је некомплетан и то је проблем. Морамо тражити ново Фундаменталне честице. Изненађујуће, исте мане стандардног модела дају драгоцене наговештаје о томе где би се могли сакрити.

Проблем са неутроном

Узмимо, на пример, неутрон. Са протоном формира атомско језгро. Иако генерално неутрална, теорија каже да се састоји од три наелектрисане честице које се називају кваркови. Из тог разлога, очекујемо да неки делови неутрона буду позитивно наелектрисани, а други негативно – што значи да је имао оно што физичари називају електричним диполним моментом.

До сада, Много покушаја Мерење је довело до истог закључка: сувише је мали да би био откривен. Још један дух. Не говоримо о недостацима у инструментима, већ о фактору који мора бити мањи од једног дела у десет милијарди. Толико је мали да се људи питају да ли би могао бити потпуно нула.

Али у физици, математичка нула је увек јака изјава. Касних 1970-их, физичари честица Роберто Пици и Хелен Којн (а касније Френк Вилчек и Стивен Вајнберг) покушали су да открију Разумевање теорије и доказа.

Предложили су да параметар вероватно није нула. Уместо тога, то је динамичка величина која полако губи свој набој, а затим еволуира на нулу велика експлозија. Теоријски прорачуни показују да ако је до таквог догађаја дошло, мора да је иза себе оставио велики број илузорних светлосних честица.

Називају се „аксионима“ по бренду детерџента јер могу да „реше“ проблем неутрона. И још више. Ако су аксиони створени на почетку универзума, они постоје од тада. Оно што је најважније, његова својства дефинишу све очекиване елементе тамне материје. Из ових разлога, чворишта су постала један од Пожељне честице кандидата За тамну материју.

Аксиони ће само слабо комуницирати са другим честицама. Међутим, то значи да ће и даље доста комуницирати. Невидљиве осе могу да се трансформишу у обичне честице, укључујући – иронично – фотоне, суштину светлости. Ово се може десити под одређеним условима, као што је присуство магнетног поља. Ово је божји дар за експерименталне физичаре.

Експериментални дизајн

Много експеримената Они покушавају да дочарају дух Аксиона у контролисаном лабораторијском окружењу. Неки од њих имају за циљ да претворе светлост у осу, на пример, а затим претворе осу у светлост на другој страни зида.

Тренутно, најосетљивији приступ циља на ореол тамне материје који прожима галаксију (а самим тим и Земљу) користећи уређај који се зове корона. То је проводна шупљина уроњена у јако магнетно поље. Први преузима тамну материју која нас окружује (под претпоставком да су аксони), док је други подстиче да се претвори у светлост. Резултат је електромагнетни сигнал који се појављује унутар шупљине, осцилирајући на карактеристичној фреквенцији у зависности од масе аксиона.

Систем ради као радио пријемник. Мора бити правилно подешен да пресретне фреквенцију интересовања. У пракси, димензије шупљине се мењају како би се прилагодиле различитим карактеристичним фреквенцијама. Ако се фреквенције аксиона и шупљине не поклапају, то је као да подесите радио на погрешан канал.

Снажни магнет се транспортује у лабораторију Универзитета Јејл. Заслуге: Универзитет Јејл

Нажалост, канал који тражимо не може се унапред предвидети. Не преостаје нам ништа друго него да скенирамо све могуће фреквенције. То је као да изаберете радио станицу у мору беле буке – иглу у пласту сена – са старим радиом који треба да буде већи или мањи сваки пут када окренемо дугме за фреквенцију.

Међутим, то нису једини изазови. Космологија се односи на Десетине гигахерца Као најновија обећавајућа граница потраге за аксионима. Пошто више фреквенције захтевају мање шупљине, истраживање тог региона захтевало би шупљине које су премале да би ухватиле значајну количину сигнала.

Нови експерименти покушавају да пронађу алтернативне путеве. наше Експеримент уздужног плазмаскопа (Алфа). Користи нови концепт кавитације заснован на метаматеријали.

Метаматеријал су композитни материјали са универзалним својствима која се разликују од њихових компоненти – они су више од збира њихових делова. Шупљина испуњена проводним шипкама има карактеристичну фреквенцију као да је милион пута мања, док се њена величина једва мења. То је управо оно што нам треба. Поред тога, шипке нуде уграђени систем подешавања који се лако подешава.

Тренутно градимо поставку, која ће бити спремна за пријем података за неколико година. Технологија је обећавајућа. Његов развој је био резултат сарадње између физичара чврстог стања, електроинжењера, физичара честица, па чак и математичара.

Иако натегнуте, аксиони подстичу напредак који ниједан авет никада неће моћи да елиминише.

Написао Андреа Галло Руссо, постдокторски сарадник из физике, Универзитет у Стокхолму.

Адаптирано из чланка који је првобитно објављен у Разговор.