Myślenie mały: Nowe pomysły w poszukiwaniu ciemnej materii

Więc naukowcy z Caltech, prowadzeni przez Kathryn Zurek, profesora fizyki teoretycznej, wrócili do deski kreślarskiej, aby myśleć o nowych pomysłów. Zostały one rozważają możliwość, że ciemna materia składa się z cząstek „Hidden sektorowych”, które są lżejsze niż cząstki proponowanych wcześniej, a może, teoretycznie, można znaleźć za pomocą małych podziemnych urządzeń stołowych. W przeciwieństwie do tego, naukowcy poszukiwania kandydatów cięższych ciemny materii zwane WIMPy (słabo interakcji masowych cząstek) za pomocą eksperymentów na dużą skalę, takich jak ksenon, który jest zainstalowany w podziemnych zbiornika 70000 galonów wody we Włoszech.

„Ciemna materia jest zawsze płynący przez nas, nawet w tym pokoju”, mówi Żurek, który jako pierwszy zaproponował ukryte cząstki sektora ponad dziesięć lat temu. „Jak przejść wokół centrum galaktyki, to stały wiatr ciemnej materii głównie niezauważone. Ale możemy jeszcze skorzystać z tego źródła ciemnej materii i projektowania nowych sposobów poszukiwania rzadkich oddziaływań między wiatrem ciemna materia i detektor."

W nowym artykule zaakceptowany do publikacji w czasopiśmie Physical Review Letters, fizycy nakreślić jak cząstki ciemnej materii lżejszego można wykryć za pomocą rodzaju kwazicząstka znany jako Magnon. Kwazicząstka to zjawisko, które występuje, gdy powstająca substancja stała zachowuje się tak, jakby to zawiera słabo oddziałujących cząsteczek. Magnon to rodzaj kwazicząstka w którym spiny elektronów, które działają jak małe magnesy, to zbiorowość podekscytowany. W idei naukowca dla eksperymentu blatu, materiał magnetyczny crystalized byłyby wykorzystywane do poszukiwania oznak wzbudzonych magnonów generowanych przez ciemną materię.

„Jeżeli cząstki ciemnej materii są lżejsze od protonu, staje się bardzo trudne do wykrycia ich sygnału za pomocą konwencjonalnych środków”, mówi autor badania Zhengkang (Kevin) Zhang, badacz doktora habilitowanego w Caltech. „Ale według wielu dobrze zmotywowanych modeli, zwłaszcza tych związanych z ukrytych sektorów, cząstki ciemnej materii mogą para spiny elektronów, tak że raz uderzą materiału, będą one wywoływać wzbudzenia obrotowe lub magnonów. Jeśli zmniejszymy szum tła przez ochłodzenie urządzenia i przesuwając go pod ziemią, możemy mieć nadzieję na wykrycie magnonów generowane wyłącznie przez ciemnej materii, a nie zwykłej materii.”

To doświadczenie teoretyczne tylko w tym punkcie, ale w końcu może nastąpić za pomocą małych urządzeń mieszczące się pod ziemią, prawdopodobnie w kopalni, w którym zewnętrzne wpływy z innych cząsteczek, takich jak te, w promieni kosmicznych mogą być zminimalizowane.

Jeden wskaźnik znak od wykrycia ciemnej materii w tabeli najlepszych doświadczeń będzie zmiany sygnału, który zależy od pory dnia. Wynika to z faktu, że kryształy magnetyczne, które można stosować do wykrywania sprawę ciemności można anizotropowe, to znaczy atomy są oczywiście ustawione w taki sposób, że mają one skłonność do interakcji z ciemności względu silniej gdy chodzi ciemny pochodzi z niektórych kierunkach.

„Porusza się jak ziemia poprzez galaktycznym halo ciemnej materii, to czuje wiatr ciemna materia wiejący z kierunku, w którym planeta jest w ruchu. Detektor ustalonym w pewnym miejscu na obraca Ziemi z planetą, więc ciemna materia hity wiatr go od różne kierunki w różnych porach dnia, powiedzmy, czasem z góry, czasem z boku,”mówi Zhang.

„W ciągu dnia, na przykład, mogą mieć wyższy wskaźnik wykrywalności, gdy ciemna materia pochodzi od wyżej niż z boku. Jeśli obejrzałeś że byłoby dość spektakularne i bardzo silne wskazanie, że jesteś widząc ciemną materię”.

Naukowcy mają inne wyobrażenia o tym, jak ciemna materia może objawić, a ponadto poprzez magnonów. Są zaproponowali lżejsze cząstki ciemna materia może zostać wykryty przez fotony jak również innego typu kwazicząstka zwanego fononów, który jest powodowany przez drgania w sieci krystalicznej. Wstępne eksperymenty oparte na fotonów i fononów trwają w Berkeley, gdzie zespół został oparty przed Zurek łączenia wydział Caltech w roku 2019. Naukowcy twierdzą, że korzystanie z tych różnych strategii do poszukiwania ciemnej materii ma zasadnicze znaczenie, ponieważ wzajemnie się uzupełniają i pomoże potwierdzić każdy nawzajem rezultaty.

„Szukamy nowych sposobów poszukiwania ciemnej materii, ponieważ, biorąc pod uwagę, jak mało wiemy o ciemnej materii, warto rozważyć wszystkie możliwości”, mówi Zhang.

źródło 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>.