Tamsiosios materijos tyrinėjimai vyksta į priekį, naudojant naujus eksperimentinius metodus, skirtus ašims aptikti, ir pasitelkiant pažangias technologijas bei tarpdisciplininį bendradarbiavimą, siekiant atskleisti šio sunkiai suvokiamo visatos komponento paslaptis.

Šmėkla persekioja mūsų pasaulį. Tai žinoma astronomijoje ir kosmologijoje dešimtmečius. Pastabos Aš siūlau apie 85 proc. Visa materija visatoje yra paslaptinga ir nematoma. Šios dvi savybės atsispindi jos pavadinime: tamsioji medžiaga.

Keli eksperimentai Jie siekia atskleisti savo sudedamąsias dalis, tačiau, nepaisant dešimtmečius trukusių tyrimų, mokslininkams nepavyko. dabar Mūsų nauja patirtisstatomas m Jeilio universitetas Jungtinėse Valstijose ji siūlo naują taktiką.

Tamsioji medžiaga buvo aplink visatą nuo seniausių laikų. Sujunkite žvaigždes ir galaktikas. Nematomas ir subtilus, atrodo, kad jis nesąveikauja su šviesa ar bet kokia kita medžiaga. Tiesą sakant, tai turėtų būti kažkas visiškai naujo.

Standartinis dalelių fizikos modelis yra neišsamus, ir tai yra problema. Turime ieškoti naujo Fundamentalios dalelės. Keista, bet tie patys standartinio modelio trūkumai suteikia vertingų užuominų apie tai, kur jie gali slėptis.

Problema su neutronais

Paimkite, pavyzdžiui, neutroną. Jis su protonu sudaro atomo branduolį. Nors iš esmės neutrali, teorija teigia, kad ją sudaro trys įkrautos dalelės, vadinamos kvarkais. Dėl šios priežasties tikimės, kad kai kurios neutrono dalys bus įkrautos teigiamai, o kitos – neigiamai – tai reiškia, kad jis turėjo tai, ką fizikai vadina elektriniu dipoliu.

Iki dabar, Daug bandymų Ją išmatavus buvo padaryta ta pati išvada: jis per mažas, kad jį būtų galima atrasti. Dar vienas vaiduoklis. Kalbame ne apie priemonių trūkumus, o apie veiksnį, kuris turi būti mažesnis nei viena dalis iš dešimties milijardų. Jis toks mažas, kad žmonėms kyla klausimas, ar gali būti visiškai nulis.

Tačiau fizikoje matematinis nulis visada yra stiprus teiginys. Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje dalelių fizikai Roberto Picci ir Helen Coyne (o vėliau Frankas Wilczekas ir Stevenas Weinbergas) bandė atrasti Suprasti teoriją ir įrodymus.

Jie pasiūlė, kad parametras tikriausiai nėra nulis. Atvirkščiai, tai yra dinaminis dydis, kuris lėtai praranda savo krūvį, o vėliau išsivysto iki nulio didysis sprogimas. Teoriniai skaičiavimai rodo, kad jei toks įvykis įvyko, jis turėjo palikti daug iliuzinių šviesos dalelių.

Jie vadinami „aksionais“ pagal ploviklio prekės ženklą, nes gali „išspręsti“ neutronų problemą. Ir dar daugiau. Jei ašys buvo sukurtos Visatos pradžioje, jos egzistuoja nuo tada. Svarbiausia, kad jo savybės apibrėžia visus numatomus tamsiosios medžiagos elementus. Dėl šių priežasčių centrai tapo vienu iš Pageidaujamos kandidatinės dalelės Tamsiajai medžiagai.

Aksionai su kitomis dalelėmis sąveikaus tik silpnai. Tačiau tai reiškia, kad jie vis tiek daug bendraus. Nematomos ašys gali virsti įprastomis dalelėmis, įskaitant – ironiškai – fotonus, šviesos esmę. Tai gali atsitikti tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, esant magnetiniam laukui. Tai dovana eksperimentuojantiems fizikams.

Eksperimentinis dizainas

Daug eksperimentų Jie bando užburti Axion vaiduoklį kontroliuojamoje laboratorijos aplinkoje. Kai kurie iš jų siekia, pavyzdžiui, šviesą paversti ašimi, o tada ašį paversti šviesa kitoje sienos pusėje.

Šiuo metu jautriausias metodas yra nukreiptas į tamsiosios medžiagos aureolę, prasiskverbiantį per galaktiką (taigi ir į Žemę), naudojant prietaisą, vadinamą korona. Tai laidžioji ertmė, panardinta į stiprų magnetinį lauką. Pirmasis paima mus supančią tamsiąją medžiagą (darant prielaidą, kad tai aksonai), o antroji skatina ją paversti šviesa. Rezultatas yra elektromagnetinis signalas, atsirandantis ertmės viduje, svyruojantis būdingu dažniu, priklausomai nuo ašies masės.

Sistema veikia kaip radijo imtuvas. Jis turi būti tinkamai sureguliuotas, kad perimtų dominantį dažnį. Praktiškai ertmės matmenys keičiami, kad atitiktų skirtingus būdingus dažnius. Jei ašies ir ertmės dažniai nesutampa, tai tarsi radijo derinimas į netinkamą kanalą.

Galingas magnetas gabenamas į Jeilio universiteto laboratoriją. Kreditas: Jeilio universitetas

Deja, kanalo, kurio ieškome, iš anksto nuspėti negalima. Neturime kito pasirinkimo, kaip tik nuskaityti visus įmanomus dažnius. Tai tarsi radijo stoties pasirinkimas balto triukšmo jūroje – adata šieno kupetoje – su senu radijo imtuvu, kurį kaskart pasukus dažnio rankenėlę reikia padidinti ar sumažinti.

Tačiau tai ne vieninteliai iššūkiai. Kosmologija nurodo Dešimtys gigahercų Kaip naujausia perspektyvi ašių paieškos riba. Kadangi aukštesniems dažniams reikia mažesnių ertmių, norint ištirti šį regioną, reikės ertmių, kurios yra per mažos, kad būtų galima užfiksuoti reikšmingą signalo kiekį.

Nauji eksperimentai bando rasti alternatyvių būdų. mūsų Eksperimentas išilginiu plazmoskopu (Alfa). Jame naudojama nauja kavitacijos koncepcija, pagrįsta metamedžiagos.

Metamedžiagos – tai kompozitinės medžiagos, pasižyminčios universaliomis savybėmis, kurios skiriasi nuo savo komponentų – tai daugiau nei jų dalių suma. Ertmė, užpildyta laidžių strypų, įgauna ryškų dažnį, tarsi ji būtų milijoną kartų mažesnė, o jos dydis beveik nesikeičia. Tai yra būtent tai, ko mums reikia. Be to, juostose yra įmontuota, lengvai reguliuojama reguliavimo sistema.

Šiuo metu kuriame sąranką, kuri bus paruošta priimti duomenis po kelerių metų. Technologija yra perspektyvi. Jo kūrimas buvo kietojo kūno fizikų, elektros inžinierių, dalelių fizikų ir net matematikų bendradarbiavimo rezultatas.

Nors aksionai yra toli, jie skatina pažangą, kurios jokia šmėkla niekada negalės pašalinti.

Parašė Andrea Gallo Russo, Stokholmo universiteto fizikos mokslų daktaras.

Adaptuota iš straipsnio, iš pradžių paskelbto m Pokalbis.