Galaktiku kopa pa kreisi ar redzamu tumšās vielas gredzenu, pa labi. Attēla kredīts: NASA, ESA, MJ Jee un H. Fords (Džona Hopkinsa universitāte)
Tumšās matērijas izpēte virzās uz priekšu, izmantojot jaunas eksperimentālās metodes, kas paredzētas asu noteikšanai, kā arī progresīvas tehnoloģijas un starpdisciplināru sadarbību, lai atklātu šīs nenotveramās Visuma sastāvdaļas noslēpumus.
Spoks vajā mūsu pasauli. Tas ir zināms astronomijā un kosmoloģijā gadu desmitiem. Piezīmes Es to iesaku apmēram 85% Visa matērija Visumā ir noslēpumaina un neredzama. Šīs divas īpašības ir atspoguļotas tās nosaukumā: tumšā matērija.
Vairāki eksperimenti Viņu mērķis ir atklāt to sastāvdaļas, taču, neskatoties uz gadu desmitiem ilgajiem pētījumiem, zinātniekiem nav izdevies. tagad Mūsu jaunā pieredzebūvniecības stadijā Jēlas universitāte Amerikas Savienotajās Valstīs tas piedāvā jaunu taktiku.
Tumšā matērija ir bijusi ap Visumu kopš laika sākuma. Savelciet kopā zvaigznes un galaktikas. Neredzams un smalks, šķiet, ka tas nesadarbojas ar gaismu vai cita veida matēriju. Patiesībā tam vajadzētu būt kaut kam pilnīgi jaunam.
Daļiņu fizikas standarta modelis ir nepilnīgs, un tā ir problēma. Mums jāmeklē jaunais Fundamentālās daļiņas. Pārsteidzoši, tie paši standarta modeļa trūkumi sniedz vērtīgus mājienus par to, kur tie varētu slēpties.
Problēma ar neitronu
Ņemiet, piemēram, neitronu. Tas kopā ar protonu veido atoma kodolu. Lai gan kopumā neitrāla, teorija apgalvo, ka to veido trīs lādētas daļiņas, ko sauc par kvarkiem. Šī iemesla dēļ mēs sagaidām, ka dažas neitrona daļas būs pozitīvi uzlādētas, bet citas negatīvi – tas nozīmē, ka tam bija tas, ko fiziķi sauc par elektrisko dipola momentu.
Līdz šim brīdim, Daudzi mēģinājumi Izmērot to, tika izdarīts tāds pats secinājums: tas ir pārāk mazs, lai to atklātu. Kārtējais spoks. Mēs nerunājam par nepilnībām instrumentos, bet gan par faktoru, kam jābūt mazākam par vienu daļu no desmit miljardiem. Tas ir tik mazs, ka cilvēki domā, vai tas varētu būt pilnīgi nulle.
Bet fizikā matemātiskā nulle vienmēr ir spēcīgs apgalvojums. 70. gadu beigās daļiņu fiziķi Roberto Piči un Helēna Koina (un vēlāk Frenks Vilčeks un Stīvens Veinbergs) mēģināja atklāt Izpratne par teoriju un pierādījumiem.
Viņi ierosināja, ka parametrs, iespējams, nav nulle. Drīzāk tas ir dinamisks lielums, kas lēnām zaudē savu lādiņu un pēc tam attīstās līdz nullei lielais sprādziens. Teorētiskie aprēķini liecina, ka, ja šāds notikums noticis, tas noteikti atstājis aiz sevis lielu skaitu iluzoru gaismas daļiņu.
Tos sauc par “aksioniem” pēc mazgāšanas līdzekļa zīmola, jo tie var “atrisināt” neitronu problēmu. Un vēl vairāk. Ja aksioni tika radīti Visuma sākumā, tie pastāv kopš tā laika. Vissvarīgākais ir tas, ka tā īpašības nosaka visus paredzamos tumšās vielas elementus. Šo iemeslu dēļ centri ir kļuvuši par vienu no Vēlamās kandidātdaļiņas Par tumšo vielu.
Aksioni mijiedarbosies ar citām daļiņām tikai vāji. Tomēr tas nozīmē, ka viņi joprojām diezgan daudz mijiedarbosies. Neredzamās asis var pārvērsties parastās daļiņās, tostarp – ironiskā kārtā – fotonos, gaismas būtībā. Tas var notikt noteiktos apstākļos, piemēram, magnētiskā lauka klātbūtnē. Šī ir dāvana eksperimentālajiem fiziķiem.
Eksperimentālais dizains
Daudzi eksperimenti Viņi mēģina uzburt Axion spoku kontrolētā laboratorijas vidē. Dažu no tiem mērķis ir, piemēram, pārvērst gaismu par asi un pēc tam pārveidot asi gaismā sienas otrā pusē.
Pašlaik visjutīgākā pieeja ir vērsta uz tumšās vielas oreolu, kas caurstrāvo galaktiku (un līdz ar to arī Zemi), izmantojot ierīci, ko sauc par koronu. Tas ir vadošs dobums, kas iegremdēts spēcīgā magnētiskajā laukā. Pirmais uztver apkārtējo tumšo vielu (pieņemot, ka tie ir aksoni), bet otrais mudina to pārvērsties gaismā. Rezultāts ir elektromagnētiskais signāls, kas parādās dobumā, svārstās ar raksturīgu frekvenci atkarībā no ass masas.
Sistēma darbojas kā radio uztvērējs. Tam jābūt pareizi noregulētam, lai pārtvertu interesējošo biežumu. Praksē dobuma izmēri tiek mainīti, lai pielāgotos dažādām raksturīgajām frekvencēm. Ja ass un dobuma frekvences nesakrīt, tas ir kā radio noregulēšana uz nepareizu kanālu.
Spēcīgais magnēts tiek transportēts uz Jēlas universitātes laboratoriju. Kredīts: Jēlas universitāte
Diemžēl meklēto kanālu nevar iepriekš paredzēt. Mums neatliek nekas cits kā skenēt visas iespējamās frekvences. Tas ir tāpat kā izvēlēties radiostaciju balto trokšņu jūrā — adatu siena kaudzē — ar vecu radio, kas jāpalielina vai jāsamazina katru reizi, kad pagriežam frekvences pogu.
Tomēr tie nav vienīgie izaicinājumi. Kosmoloģija attiecas uz Desmitiem gigahercu Kā jaunākā daudzsološā aksionu meklēšanas robeža. Tā kā augstākām frekvencēm ir nepieciešami mazāki dobumi, šī reģiona izpētei būs nepieciešami pārāk mazi dobumi, lai uztvertu nozīmīgu signāla daudzumu.
Jauni eksperimenti cenšas atrast alternatīvus ceļus. mūsu Gareniskā plazmoskopa eksperiments (Alfa). Tas izmanto jaunu kavitācijas koncepciju, kuras pamatā ir metamateriāli.
Metamateriāli ir kompozītmateriāli ar universālām īpašībām, kas atšķiras no to sastāvdaļām – tie ir vairāk nekā to daļu summa. Dobumam, kas piepildīts ar vadošiem stieņiem, ir raksturīga frekvence, it kā tas būtu miljons reižu mazāks, savukārt tā izmērs gandrīz nemainās. Tas ir tieši tas, kas mums vajadzīgs. Turklāt stieņi piedāvā iebūvētu, viegli regulējamu regulēšanas sistēmu.
Pašlaik veidojam uzstādījumu, kas būs gatavs datu saņemšanai pēc dažiem gadiem. Tehnoloģija ir daudzsološa. Tā izstrāde bija cietvielu fiziķu, elektroinženieru, daļiņu fiziķu un pat matemātiķu sadarbības rezultāts.
Lai gan tas ir tālu, tie veicina progresu, ko neviens rēgs nekad nespēs novērst.
Autors Andrea Gallo Russo, Stokholmas universitātes fizikas pēcdoktorants.
Pielāgots no raksta, kas sākotnēji tika publicēts Saruna.
