فکر کوچک: ایده های جدید در جستجوی ماده تاریک

پس از سال 1980 محققان در حال اجرا است آزمایش در جستجوی ذرات را تشکیل می دهند که ماده تاریک نامرئی ماده است که نفوذ کهکشان ما و جهان است. ابداع ماده تاریک به دلیل آن را می دهد بدون نور این ماده که به منزله بیش از 80 درصد از ماده در جهان ما نشان داده شده است بارها و بارها به تاثیر ماده معمولی از طریق گرانش آن است. دانشمندان می دانند آن است که وجود دارد اما نمی دانم آنچه در آن است.

بنابراین محققان در Caltech به رهبری کاترین Zurek یک استاد فیزیک نظری رفته بازگشت به تخته رسم به فکر می کنم از ایده های جدید است. آنها شده اند به دنبال به احتمال این که ماده تاریک ساخته شده است و "بخش" ذرات که در حال سبک تر از ذرات پیشنهاد شده قبلا و می تواند در تئوری میتوان با استفاده از کوچک زیرزمینی جدول بالا دستگاه. در مقابل دانشمندان در حال جستجو برای سنگین تر ماده تاریک نامزدها به نام WIMPs (ضعیف تعامل عظیم ذرات) با استفاده از مقیاس بزرگ آزمایش مانند زنون نصب شده است زیرزمینی در 70,000-گالن مخزن آب در ایتالیا.

"ماده تاریک است که همیشه جریان از طریق ما حتی در این اتاق می گوید:" Zurek که برای اولین بار پیشنهاد بخش مخفی ذرات بیش از یک دهه پیش. "ما به عنوان حرکت در اطراف مرکز کهکشان این ثابت باد از ماده تاریک بیشتر می رود خود خسته شده اید. اما ما هنوز هم می تواند استفاده از آن منبع و ماده تاریک و طراحی روش های جدید به دنبال نادر تعاملات بین ماده تاریک باد و آشکارساز."

در یک مقاله جدید پذیرفته شده برای انتشار در مجله Physical Review Lettersاز فیزیکدانان رئوس مطالب چگونه فندک-وزن ذرات ماده تاریک می تواند تشخیص داده و از طریق یک نوع quasiparticle شناخته شده به عنوان یک magnon. یک quasiparticle توسط اورژانس پدیده ای که رخ می دهد هنگامی که یک جامد رفتار به عنوان اگر آن را شامل ضعیف تعامل ذرات. Magnons نوع quasiparticle که در آن الکترون اسپین--که عمل مانند آهن ربا--در حال جمع هیجان زده است. در این محققان' ایده برای یک جدول بالا آزمایش مغناطیسی کریستال مواد می تواند مورد استفاده قرار گیرد به دنبال نشانه هایی از هیجان زده magnons تولید شده توسط ماده تاریک.

"اگر ذرات ماده تاریک در حال سبک تر از پروتون آن را بسیار دشوار است به تشخیص خود سیگنال معنای متعارف می گوید:" نویسنده مطالعه Zhengkang (کوین) Zhang, یک محقق فوق دکترا در Caltech. "اما به گفته بسیاری از انگیزه خوبی مدل های, به ویژه کسانی که مربوط به مخفی بخش های ذرات ماده تاریک می تواند زن و شوهر را به چرخش الکترون به طوری که هنگامی که آنها اعتصاب مواد آنها را وادار به چرخش excitations یا magnons. اگر ما کاهش سر و صدای پس زمینه خنک کننده تجهیزات و حرکت آن را در زیر زمین ما امیدواریم که می تواند به تشخیص magnons تولید شده صرفا توسط ماده تاریک و ماده معمولی."

این یک آزمایش است و تنها نظری در این نقطه اما در نهایت ممکن است به جای استفاده از دستگاه های کوچک زیرزمینی قرار دارد به احتمال زیاد در یک معدن که در آن تأثیرات خارجی از ذرات دیگر مانند کسانی که در کیهانی اشعه می تواند به حداقل برسد.

یکی از نشانه های ثبتشده از ماده تاریک تشخیص در جدول بالا آزمایش خواهد بود تغییرات سیگنال که بستگی به زمان از روز است. این است که با توجه به این واقعیت است که مغناطیسی کریستال است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای تشخیص ماده تاریک می تواند ناهمسانگرد معنی است که اتم ها به طور طبیعی و مرتب در چنین راهی است که آنها تمایل به ارتباط برقرار کردن با ماده تاریک به شدت بیشتر زمانی که ماده تاریک در می آید از برخی جهات.

"به عنوان زمین حرکت می کند از طریق کهکشانی و ماده تاریک و هاله آن را احساس می کند که ماده تاریک وزش نسیم ملایم وزش باد از این جهت که این سیاره در حال حرکت است. یک آشکارساز ثابت در یک مکان خاص بر روی زمین با چرخش این سیاره به طوری که ماده تاریک باد بازدید آن از جهات مختلف در زمان های مختلف روز می گویند و گاهی از بالا, گاهی از این طرف می گوید:" ژانگ.

"در طول روز برای مثال ممکن است شما را بالاتر نرخ تشخیص زمانی که ماده تاریک می آید از بالا از سمت. اگر شما را دیدم که از آن خواهد شد بسیار دیدنی و جذاب و بسیار قوی نشانه ای است که شما با دیدن ماده تاریک."

محققان ایده های دیگر در مورد ماده تاریک ممکن است آشکار خود را در علاوه بر این به طریق magnons. آنها پیشنهاد کرده اند که سبک تر از ذرات ماده تاریک می تواند شناسایی از طریق فوتون و همچنین با نوع دیگری از quasiparticle به نام فوتون است که ناشی از ارتعاشات در یک شبکه بلوری. اولیه آزمایش های مبتنی بر فوتون ها و فونون ها در حال انجام در دانشگاه برکلی که در آن تیم شد و بر اساس قبل از Zurek پیوستن به Caltech دانشکده در سال 2019. محققان می گویند که استفاده از این استراتژی های چندگانه به دنبال ماده تاریک بسیار مهم است چرا که آنها مکمل یکدیگر و کمک به تایید هر یک از دیگر نتایج.

"ما به دنبال راه های جدید به دنبال ماده تاریک به دلیل, داده, چگونه کمی از ما می دانیم که در مورد ماده تاریک آن را با توجه به ارزش تمام امکانات می گوید:" ژانگ.

###

این مطالعه با عنوان "تشخیص نور و ماده تاریک با Magnons" بود که بودجه آن توسط وزارت انرژی (DOE) و بنیاد ملی علوم (NSF). یکی دیگر از نویسندگان این مطالعه تنر قطره, یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه برکلی است.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.