عنصر

A membrane mechanical resonator that acted as the test mass for a proposed dark photon accelerometer.

یک تشدید کننده مکانیکی غشایی که به عنوان جرم آزمایش یک شتاب سنج فوتونی تاریک ارائه شده عمل می کند.
تصویر: Aman Agrawal

علی رغم تلاش گسترده و گران قیمت برای کشف هویت مواد نامرئی که به نظر می رسد قسمت اعظم جهان را تشکیل می دهد ، هیچ کاندیدای پیشنهادی ماده تاریک توسط هیچ کس شناسایی نشده است. آزمایش علمی. اکنون ، یک تیم تحقیقاتی rchers طرحی را برای آزمایش جدید ماده تاریک پیشنهاد داده است ، آزمایشی که به یک آینه بسیار نازک متکی است و هدف آن کشف چیزی به نام فوتونهای تاریک است.

تحقیق ، منتشر شده در اوایل سال جاری در مجله Physical Review Letters ، یک شتاب سنج به اندازه یک سکه را توصیف می کند که از لحاظ تئوری می تواند حضور ذرات را اندازه گیری کند خیلی کوچک است که توسط آزمایش های قدیمی تر دیده نمی شود. این کار از طریق مقاله قبلی توسط همان تیم منتشر شده در تابستان گذشته.

ذرات نظری آنها امیدوارند که پیدا کنند فوتونهای تاریک نامیده می شوند. آنها با فوتون های نور اشتباه گرفته نمی شوند. جک مانلی ، نویسنده اصلی مقاله و تحقیقات نوری کوانتومی در آزمایشگاه Swati Singh در دانشگاه دلاور ، گفت: “دقیقاً مانند فوتون ها ، آنها با معادل میدان الکترومغناطیسی نشان داده می شوند.” “با این حال ، بر خلاف فوتون ها ، فوتون های تاریک جرم دارند. این ویژگی آنها را به عنوان ماده ای تاریک معرفی می کند. “

A lot of dark matter may lurk at the center of our Milky Way galaxy.

بسیاری از ماده تاریک ممکن است در مرکز کهکشان راه شیری در کمین شما باشد.
تصویر: NASA / JPL-Caltech

شکل >

دو مقاله مورد بررسی انواع امضای ماده تاریک ؛ در واقع ، راه های مختلفی که به عقیده فیزیکدانان می تواند چیزهای واقعی را حس کند. سواتی سینگ ، نویسنده همکار ، گفت: “هر دو مقاله این احتمال را در نظر گرفته اند که کهکشان ما در دریایی از ذراتی که تریلیون برابر سبکتر از الکترون است شنا می کند و این ذرات هنوز قابل تشخیص نیستند و همه ماده تاریک را تشکیل می دهند.” ، یک نظریه پرداز اپتیک کوانتوم در دانشگاه دلاور. “با این حال ، تفاوت های اساسی بین این ذرات و نحوه تعامل آنها با ماده طبیعی وجود دارد.”

فیزیکدانان به دنبال چیزی هستند که آن را “ماده تاریک” نامگذاری کرده اند زیرا وقتی به کیهان نگاه می کنند ، اثرات گرانشی را مشاهده می کنند که نشان می دهد جرم بسیار بیشتری نسبت به مواد منظمی را که می توانیم تشخیص دهیم. از این رو ، آنها معتقدند که باید “تاریکی” وجود داشته باشد – که برای فناوری های فعلی قابل مشاهده نیست – که می تواند تمام این گرانش اضافی را حساب کند. یکی از تئوری های ماده تاریک این است که چیزهایی به نام محوری مسئول گرانش قابل مشاهده هستند اثرات ماده نامرئی. (A پیشنهاد اخیر معتقد است که چنین محورهایی ممکن است در هسته های مرموز ستاره های نوترونی به وجود بیایند و از آن خارج شوند. برخی از مدعیان باسابقه به عنوان ذرات عظیم متقابل ضعیف یا WIMP شناخته می شوند. ایده دیگر این است که ماده تاریک را می توان با سیاهچاله های ریز از جهان اولیه . همه این ایده های مختلف در مورد چگونگی آشکار شدن ماده تاریک و محل زندگی آن معمولاً دارای ایده هایی در مورد چگونگی تشخیص آن هستند.

سینگ توضیح داد که عدم اطمینان زیادی در مورد چگال بودن ماده تاریک وجود دارد. وی گفت: برای هر جرم به اندازه زمین تقریباً ماده تاریک یک سنجاب وجود دارد. س isال این نیست که چه مقدار ماده تاریک وجود دارد ، بلکه آیا این ماده تاریک در یک جرم اندازه سنجاب به طور مساوی در جرم اندازه زمین و در غبار بسیار ریز ذرات توزیع شده است؟

پیشنهاد تیم یک کارت به ضخامت 100 نانومتر به اندازه یک سکه است که از یک غشا nit نیترید سیلیکون و یک آینه بریلیوم ساخته شده است. مواد فوق العاده حساس هستند و هنگامی که نور بین سطوح پرش می کند ، اگر فاصله بین آینه و غشا تغییر کند ، آشکارساز می تواند اندازه گیری کند. این نشان می دهد که چیزی آنها را از هم دور کرده است – نشانه ای از فیزیک جدید. مانند یک چنگال تنظیم ، دستگاه تیم می تواند به گونه ای تنظیم شود که ماده تاریک را با یک فرکانس مشخص “گوش دهد”. اگر تعداد زیادی از این ردیاب ها ساخته شده باشند ، می توان هرکدام را روی کانالهای مختلف (فرکانس ها) تنظیم کرد تا مراقب ماده تاریک باشند. اگر در مدت زمان مشخصی نتیجه ای حاصل نشود ، آنها فقط می توانند کانال گشت و گذار را حفظ کنند.

Dark matter could simply permeate the entire universe, including here in galaxy M101.

ماده تاریک می تواند به راحتی در کل جهان نفوذ کند ، از جمله در کهکشان M101.
تصویر: NASA / JPL / Caltech

دستگاه مقیاس پذیر و مقرون به صرفه است ، فاصله زیادی با طرح های سنتی آشکارساز ماده تاریک که به مواردی مانند یک تن زنون در زیر کوه مدفون شده . در واقع ، طراحی تیم رومیزی است ، البته نه به شکلی که بلافاصله بفهمید.

“منظور ما یک جدول نوری است که معمولاً مانند سیستم تعلیق اتومبیل لوکس ، روی پاهای پنوماتیک قرار دارد که آن را از زمین جدا می کند. “، دالزیل ویلسون ، نویسنده آزمایشی اپتیک کوانتوم ، در دانشگاه آریزونا گفت: “اگر این به اندازه کافی خوب نباشد – که نخواهد بود – پس باید سیستم تعلیق دیگری را در بالای میز بسازیم. و سپس دیگری ، و غیره ” هرچه آشکارساز معلق بهتر باشد (هرچه نزدیکتر به سقوط آزاد باشد) ، نتایج بهتر می تواند صدای فعالیت زمینی را کاهش دهد. ویلسون خاطرنشان کرد که مقالات لزوماً مربوط به طراحی آزمایشی خاصی نیستند که تیم ارائه داده اند ، بلکه بیشتر فراخوانی گروههای مشابهی است که برای چنین کارهای دشواری روی دستگاه های اندازه گیری دقیق کار می کنند.

سینگ تخمین می زند که آزمایش های آزمایشی با ردیاب در حدود 5 سال عملیاتی شود. آیا این سنسورهای اندازه پین ​​ماده تاریکی پیدا می کنند؟ خوب ، هنوز کسی این کار را نکرده است. اما حتی یک نتیجه صفر هم به فیزیکدانان می گوید که ماده تاریک نیست ، که به اصلاح جستجوهای آینده کمک می کند.

بیشتر: ماده تاریک چیست و چرا هنوز کسی آن را پیدا نکرده است؟