Dink klein: Nuwe idees in die soeke na donker materie

So navorsers by Caltech, gelei deur Kathryn Zurek, 'n professor in teoretiese fisika, het gegaan terug na die tekenbord om te dink aan nuwe idees. Hulle is op soek na die moontlikheid dat donker materie bestaan ​​uit "verborge sektor" deeltjies, wat ligter as voorheen voorgestel deeltjies is, en kan, in teorie, gevind word met behulp van klein, ondergrondse tafelblad toestelle. In teenstelling, is wetenskaplikes soek na swaarder donker materie kandidate genoem papperds (swak interaksie massiewe deeltjies) met behulp van grootskaalse eksperimente soos XENON, wat ondergronds geïnstalleer in 'n 70.000-liter tenk van water in Italië.

"Donker materie is altyd vloei deur ons, selfs in hierdie kamer" sê Zurek, wat die eerste keer voorgestel verborge sektor deeltjies as 'n dekade gelede. "As ons die middelpunt van die sterrestelsel rondbeweeg, hierdie bestendige wind van donker materie meestal gaan ongesiens. Maar ons kan nog neem voordeel van daardie bron van donker materie, en die ontwerp van nuwe maniere om te kyk vir skaars interaksies tussen die donker materie wind en die detector. "

In 'n nuwe papier aanvaar vir publikasie in die tydskrif Physical Review Letters, die fisici verduidelik hoe die ligter gewig donker materie deeltjies kon opgespoor word via 'n tipe van quasiparticle bekend as 'n Magnon. A quasiparticle is 'n ontluikende verskynsel wat plaasvind wanneer 'n soliede optree asof dit bevat swak interaksie deeltjies. Magnons is 'n tipe van quasiparticle waarin elektron spins, wat optree soos min magnete, is kollektiwiteit opgewonde. In idee het die navorsers 'n tafelblad eksperiment, sal 'n magnetiese crystalized materiaal word gebruik om te kyk vir tekens van opgewonde Magnons gegenereer deur donker materie.

"As die donker materie deeltjies is ligter as die proton, is dit baie moeilik om hul sein op te spoor deur konvensionele manier," sê studie skrywer Zhengkang (Kevin) Zhang, 'n doktorale student aan Caltech. "Maar, volgens baie goed gemotiveerde modelle, veral dié met betrekking tot verborge sektore, die donker materie deeltjies kan egpaar om die draai van die elektrone, so dat wanneer hulle die materiaal te staak, sal hulle spin excitaties, of Magnons veroorsaak. As ons verminder die agtergrond geraas deur die afkoeling van die toerusting en ondergrondse beweeg dit, kan ons hoop om Magnons uitsluitlik gegenereer deur donker materie en nie gewone saak op te spoor. "

So 'n eksperiment is slegs teoretiese op hierdie punt, maar kan uiteindelik plaasvind met behulp van klein toestelle ondergrondse gehuisves, waarskynlik in 'n myn, waar buite invloede van ander deeltjies, soos dié in kosmiese strale, kan beperk word.

Een prater teken van 'n donker saak opsporing in die tafelblad eksperimente sal veranderinge aan die sein wat afhanklik is van die tyd van die dag wees. Dit is te wyte aan die feit dat die magnetiese kristalle wat gebruik sou word om die donker materie te spoor anisotrope kan wees, wat beteken dat die atome van nature gerangskik in so 'n manier dat hulle geneig is om met die donker materie sterker as die donker materie kom in van sekere rigtings.

"As die aarde beweeg deur die galaktiese donker materie halo, dit voel die donker materie wind waai uit die rigting waarin die planeet beweeg. A by 'n sekere plek op aarde draai met die planeet vaste detector, so die donker materie wind treffers dit uit verskillende rigtings op verskillende tye van die dag, sê, soms van bo, soms van die kant af, "sê Zhang.

"Gedurende die dag, byvoorbeeld, jy kan 'n hoër opsporing koers het toe die donker materie van bo kom as van die kant af. As jy dit gesien het, sou dit redelik skouspelagtige en 'n baie sterk aanduiding dat jy sien donker materie wees."

Die navorsers het ander idees oor hoe donker materie self kan openbaar, bykomend tot deur Magnons. Hulle het voorgestel dat die ligter donker materie deeltjies kon opgespoor word via fotone asook met 'n ander tipe van quasiparticle bekend as 'n phonon, wat veroorsaak word deur vibrasies in 'n kristalrooster. Voorlopige eksperimente gebaseer op fotone en fononen is aan die gang by UC Berkeley, waar die span is gebaseer voor Zurek by die Caltech fakulteit in 2019. Die navorsers sê dat die gebruik van hierdie veelvuldige strategieë om te kyk vir donker materie is van kardinale belang omdat hulle mekaar aanvul en sou bevestig help mekaar se resultate.

"Ons is op soek na nuwe maniere om te kyk vir donker materie omdat, gegewe hoe min ons weet oor donker materie, dit is die moeite werd oorweging van al die moontlikhede," sê Zhang.

bron: California Institute of Technology. "Thinking small: New ideas in the search for dark matter." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200616155946.htm>.