Görünmez karanlık maddeyi görünür ışığa dönüştürmek

Karanlık maddeye yönelik araştırmalar, eksenleri tespit etmek için tasarlanmış yeni deneysel teknikler kullanılarak ve evrenin bu bulunması zor bileşeninin sırlarını ortaya çıkarmak için ileri teknolojiden ve disiplinler arası işbirliğinden yararlanılarak ilerlemektedir.

Bir hayalet dünyamıza musallat oluyor. Bu, astronomi ve kozmolojide onlarca yıldır bilinmektedir. Notlar bunu öneriyorum yaklaşık %85 Evrendeki tüm maddeler gizemli ve görünmezdir. Bu iki nitelik ismine de yansıyor: karanlık madde.

Çeşitli deneyler İçeriklerini ortaya çıkarmayı hedefliyorlar, ancak onlarca yıllık araştırmalara rağmen bilim adamları yetersiz kalıyor. Şimdi Yeni deneyimimizinşaat halinde Yale Üniversitesi Amerika Birleşik Devletleri'nde yeni bir taktik sunuyor.

Karanlık madde zamanın başlangıcından beri evrenin etrafındadır. Yıldızları ve galaksileri bir araya getirin. Görünmez ve süptildir; ışıkla veya başka herhangi bir madde türüyle etkileşime girmiyor gibi görünmektedir. Aslında tamamen yeni bir şey olmalı.

Parçacık fiziğinin Standart Modeli eksik ve bu bir sorun. Yeniyi aramalıyız Temel parçacıklar. Şaşırtıcı bir şekilde, standart modeldeki aynı kusurlar, bunların nerede saklanıyor olabileceğine dair değerli ipuçları veriyor.

Nötronla ilgili sorun

Örneğin nötronu ele alalım. Protonla birlikte atom çekirdeğini oluşturur. Genel olarak nötr olmasına rağmen teori, bunun kuark adı verilen üç yüklü parçacıktan oluştuğunu belirtir. Bu nedenle, nötronun bazı kısımlarının pozitif yüklü, diğerlerinin ise negatif yüklü olmasını bekliyoruz; bu, fizikçilerin elektrik dipol momenti dediği şeye sahip olduğu anlamına gelir.

Şu ana kadar, Birçok deneme Bunu ölçmek de aynı sonuca yol açtı: keşfedilemeyecek kadar küçük. Başka bir hayalet. Cihazlardaki eksikliklerden değil, on milyarda birden daha küçük olması gereken bir faktörden bahsediyoruz. O kadar küçük ki insanlar tamamen sıfır olabilir mi diye merak ediyorlar.

Ancak fizikte matematiksel sıfır her zaman güçlü bir ifadedir. 1970'lerin sonlarında, parçacık fizikçileri Roberto Picci ve Helen Coyne (ve daha sonra Frank Wilczek ve Steven Weinberg) parçacık fizikçilerini keşfetmeye çalıştılar. Teoriyi ve kanıtları anlamak.

Parametrenin muhtemelen sıfır olmadığını öne sürdüler. Aksine, yavaş yavaş yükünü kaybeden ve daha sonra sıfıra evrilen dinamik bir niceliktir. büyük patlama. Teorik hesaplamalar, eğer böyle bir olay meydana geldiyse, arkasında çok sayıda yanıltıcı ışık parçacığı bırakmış olması gerektiğini gösteriyor.

Nötron sorununu “çözebildikleri” için bunlara bir deterjan markasından sonra “axion” adı veriliyor. Ve daha da fazlası. Eğer eksenler evrenin başlangıcında yaratıldıysa, o zamandan beri varlar. En önemlisi, özellikleri karanlık maddenin beklenen tüm unsurlarını tanımlar. Bu nedenlerden dolayı hub'lar Tercih edilen aday parçacıklar Karanlık madde için.

Axionlar diğer parçacıklarla yalnızca zayıf bir şekilde etkileşime girecektir. Ancak bu, yine de oldukça fazla etkileşime girecekleri anlamına geliyor. Görünmez eksenler, ironik bir şekilde, ışığın özü olan fotonlar da dahil olmak üzere sıradan parçacıklara dönüşebilir. Bu, manyetik alanın varlığı gibi belirli koşullar altında gerçekleşebilir. Bu deneysel fizikçiler için bir nimettir.

Deneysel tasarım

Birçok deney Kontrollü bir laboratuvar ortamında Axion'un hayaletini yaratmaya çalışıyorlar. Bazıları ışığı eksene dönüştürmeyi, ardından duvarın diğer tarafında ekseni ışığa dönüştürmeyi amaçlıyor.

Şu anda en hassas yaklaşım, korona adı verilen bir cihazı kullanarak galaksiye (ve dolayısıyla Dünya'ya) nüfuz eden karanlık madde halesini hedef alıyor. Güçlü bir manyetik alana batırılmış iletken bir boşluktur. Birincisi etrafımızdaki karanlık maddeyi alır (akson olduğunu varsayarak), ikincisi ise onun ışığa dönüşmesini sağlar. Sonuç, boşluğun içinde beliren ve eksenin kütlesine bağlı olarak karakteristik bir frekansta salınan bir elektromanyetik sinyaldir.

Sistem bir radyo alıcısı gibi çalışmaktadır. İlgilenilen frekansı kesecek şekilde uygun şekilde ayarlanması gerekir. Uygulamada, kavitenin boyutları farklı karakteristik frekanslara uyum sağlayacak şekilde değiştirilmektedir. Eksen ve kavite frekansları eşleşmiyorsa bu, radyoyu yanlış kanala ayarlamak gibidir.

Güçlü mıknatıs Yale Üniversitesi'ndeki laboratuvara nakledilir. Kredi bilgileri: Yale Üniversitesi

Maalesef aradığımız kanalı önceden tahmin etmek mümkün değil. Olası tüm frekansları taramaktan başka seçeneğimiz yok. Bu, frekans düğmesini her çevirdiğimizde büyütülmesi veya küçültülmesi gereken eski bir radyoyla beyaz gürültü denizinde (samanlıktaki iğne) bir radyo istasyonu seçmek gibidir.

Ancak tek zorluk bunlar değil. Kozmoloji şunu ifade eder: Onlarca gigahertz Axion arayışının son umut verici sınırı olarak. Daha yüksek frekanslar daha küçük boşluklar gerektirdiğinden, bu bölgeyi keşfetmek, anlamlı miktarda sinyal yakalamak için çok küçük boşluklar gerektirecektir.

Yeni deneyler alternatif yollar bulmaya çalışıyor. bizim Boyuna plazmaskop deneyi (Alfa). dayalı yeni bir kavitasyon konsepti kullanır. metamalzemeler.

Metamalzemeler, bileşenlerinden farklı, evrensel özelliklere sahip kompozit malzemelerdir; parçalarının toplamından daha fazlasıdırlar. İletken çubuklarla dolu bir boşluk, sanki milyonlarca kat daha küçükmüş gibi belirgin bir frekans alırken, boyutu neredeyse hiç değişmez. Bu tam olarak ihtiyacımız olan şey. Ek olarak çubuklar yerleşik, ayarlanması kolay bir ayarlama sistemi sunar.

Şu anda birkaç yıl içinde veri almaya hazır olacak kurulumu yapıyoruz. Teknoloji umut verici. Geliştirilmesi katı hal fizikçileri, elektrik mühendisleri, parçacık fizikçileri ve hatta matematikçiler arasındaki işbirliğinin sonucuydu.

Her ne kadar zor da olsa, eksenler hiçbir hayaletin ortadan kaldıramayacağı ilerlemeyi körüklüyor.

Stockholm Üniversitesi Fizik Doktora Sonrası Araştırmacısı Andrea Gallo Russo tarafından yazılmıştır.

Orijinal olarak yayınlanan bir makaleden uyarlanmıştır. Konuşma.