Intet tegn på symmetroner endnu, fortæller fysikere

Et højpræcisionseksperiment ledet af TU Wien har sat sigte på at lokalisere de hidtil hypotetiske "symmetronfelter" ved hjælp af den ultrakolde neutronkilde PF2 ved Institut Laue-Langevin i Frankrig. For eksistensen af ​​symmetroner kunne give en forklaring på den mystiske mørke energi.

En ting er sikkert:Der er noget derude, vi endnu ikke ved. I årevis har forskere ledt efter "mørkt stof" eller "mørk energi - med vores nuværende opgørelse af partikler og kræfter i naturen kan vi bare ikke forklare store kosmologiske fænomener, såsom hvorfor universet udvider sig med en stadig hurtigere hastighed.

Nye teorier for "mørk energi" er blevet foreslået. En af kandidaterne er det såkaldte "symmetronfelt, " som siges at gennemsyre rummet meget ligesom Higgs-feltet. På TU Wien har forskere udviklet et eksperiment, der er i stand til at måle ekstremt små kræfter ved hjælp af neutroner. Målingerne blev taget under en 100-dages kampagne på Institut Laue-Langevin , på sin PF2 ultrakolde neutronkilde. De kunne have givet pejlemærker til de mystiske symmetroner - men partiklerne dukkede ikke op. Selvom dette ikke er slutningen på teorien, det udelukker i det mindste muligheden for, at symmetroner eksisterer på tværs af en bred vifte af parametre - og "mørk energi" skal forklares anderledes.

Symmetronen - Higgs bosonens lillebror?

Ifølge Hartmut Abele, projektets ledende videnskabsmand, symmetronteorien ville være en særlig elegant forklaring på mørkt stof. "Vi har allerede bevis for Higgs-feltet, og symmetronfeltet er meget nært beslægtet." som med Higgs-partiklen, hvis masse ikke var kendt, før eksistensen af ​​partiklen blev bekræftet, de fysiske egenskaber af symmetroner kan ikke forudsiges nøjagtigt.

Abele forklarer, "Ingen kan sige, hvad massen af ​​symmetroner er, heller ikke hvor stærkt de interagerer med normalt stof. Det er derfor, det er så svært at bevise deres eksistens eksperimentelt - eller deres ikke-eksistens." Eksistensen af ​​symmetroner kan kun bekræftes eller afkræftes inden for et bestemt parameterområde - symmetroner, med andre ord, med masse eller koblingskonstanter i et bestemt værdiområde.

Forskere gør derfor fremskridt med forsigtighed, fra det ene eksperiment til det andet, test af forskellige parameterområder. Det var allerede klart, at en række områder kunne udelukkes. Symmetroner for eksempel med høj masse og lave koblingskonstanter kan ikke eksistere, da de allerede ville have vist sig på atomniveau. Undersøgelser af brintatomet ville have givet andre resultater. Tilsvarende symmetroner i et bestemt område med meget høje koblingskonstanter kan også udelukkes, da de allerede ville være blevet opdaget i andre eksperimenter med massiv pendula.

Brug af neutroner som kraftsensorer ved Institut Laue-Langevin neutronkilde

Det sagt, der var stadig masser af muligheder for at indrømme eksistensen af ​​symmetroner, og det er det, holdet nu har undersøgt i eksperimentet. En strøm af ekstremt langsomme neutroner blev skudt mellem to spejlflader. Neutronerne kan findes i to forskellige kvantefysiske tilstande. Energierne i disse tilstande afhænger af de kræfter, der udøves på neutronen, og det er det, der gør neutronen til en så følsom kraftdetektor. Hvis kraften, der virker på neutronen lige over overfladen af ​​spejlet, er forskellig fra kraften længere oppe, dette ville være et stærkt tegn på eksistensen af ​​et symmetronfelt. Mario Pitschmann fra TU Wien, Philippe Brax fra CEA nær Paris og Guillaume Pignol fra LPSC i Grenoble har beregnet et symmetronfelts indflydelse på neutronen. Denne effekt, imidlertid, ikke kan observeres, på trods af målingens ekstreme nøjagtighed.

Nøjagtigheden af ​​energiforskelsmålingen er omkring 2x10 ^-15 elektron-volt (et tal skylder Gunther Cronenbergs afhandling). Det er den energi, der kræves for at løfte en enkelt elektron i jordens gravitationsfelt en afstand på omkring 30 mikrometer, hvilket er en ufattelig lille mængde energi.

De ultrakolde neutroner, der kræves til eksperimentet, blev genereret og leveret af Institut Laue-Langevins PF2-instrument. "Med sin uovertrufne flux af ultrakolde neutroner, PF2 er praktisk talt det eneste instrument derude til denne type højpræcisionsmåling ved ekstremt lave tællehastigheder, " siger Tobias Jenke. Jenke spillede en vigtig rolle i udviklingen af ​​TU Wien-eksperimentet. Han er nu, sammen med Peter Geltenbort, ansvarlig for Institut Laue-Langevin kolde neutronkilde. Østrig er et videnskabeligt medlem af instituttet og har dermed adgang til dets pakke af instrumenter. Forsøget er et glimrende eksempel på videnskabeligt samarbejde mellem østrigske og franske forskere.

For øjeblikket ser tingene ikke for lyse ud til symmetronteorien, selvom det er for tidligt helt at udelukke deres eksistens. "Vi har udelukket et bredt parameterdomæne:Hvis der var nogen symmetroner med egenskaber i dette domæne, ville vi have fundet dem." For at lukke de resterende smuthuller, videnskaben har brug for endnu bedre målinger - eller en større opdagelse, der giver en helt anden løsning på mysteriet med mørk energi.