En ny kandidat til mørkt stof og en måde at opdage det på

To teoretiske fysikere ved University of California, Davis har en ny kandidat til mørkt stof, og en mulig måde at opdage det på. De præsenterede deres arbejde 6. juni på Planck 2019-konferencen i Granada, Spanien, og det er blevet indsendt til offentliggørelse.

Mørkt stof menes at udgøre lidt over en fjerdedel af vores univers, hvor det meste af resten er endnu mere mystisk mørk energi. Det kan ikke ses direkte, men mørkt stofs tilstedeværelse kan detekteres, fordi dets tyngdekraft bestemmer formen af ​​fjerne galakser og andre objekter.

Mange fysikere mener, at mørkt stof består af en partikel, der endnu ikke er opdaget. I nogen tid, favoritkandidaten har været Weakly Interacting Massive Particle eller WIMP. Men trods mange års indsats, WIMP'er har indtil videre ikke vist sig i eksperimenter designet til at opdage dem.

"Vi ved stadig ikke, hvad mørkt stof er, sagde John Terning, professor i fysik ved UC Davis og medforfatter på papiret. "Den primære kandidat i lang tid var WIMP, men det ser ud til, at det næsten er helt udelukket."

Et alternativ til WIMP-modellen af ​​mørkt stof kræver en form for "mørk elektromagnetisme", herunder "mørke fotoner" og andre partikler. Mørke fotoner ville have en svag kobling med "almindelige" fotoner.

I deres nye avis, Terning og postdoc-forsker Christopher Verhaaren tilføjer et twist til denne idé:en mørk magnetisk "monopol", der ville interagere med den mørke foton.

I den makroskopiske verden, magneter har altid to poler, nord og syd. En monopol er en partikel, der fungerer som den ene ende af en magnet. Monopoler forudsiges af kvanteteori, men er aldrig blevet observeret i et eksperiment. Forskerne foreslår, at mørke monopoler vil interagere med mørke fotoner og mørke elektroner på samme måde, som teori forudsiger elektroner og fotoner interagerer med monopoler.

En ny måde at opdage mørkt stof på

Og det indebærer en måde at opdage disse mørke partikler på. Fysikeren Paul Dirac forudsagde, at en elektron, der bevæger sig i en cirkel nær en monopol, ville opfange en faseændring i sin bølgefunktion. Fordi elektroner eksisterer som både partikler og bølger i kvanteteorien, den samme elektron kunne passere på begge sider af monopolen og som følge heraf være lidt ude af fase på den anden side.

Dette interferensmønster, kaldet Aharonov-Bohm-effekten, betyder, at en elektron, der passerer rundt om et magnetfelt, påvirkes af det, også selvom den ikke passerer gennem selve marken.

Terning og Verhaaren hævder, at du kunne detektere en mørk monopol på grund af den måde, den skifter elektronernes fase, når de passerer forbi.

"Dette er en ny type mørkt stof, men det kommer også med en ny måde at lede efter det på, " sagde Terning.

Elektronstråler er relativt nemme at få fat i:elektronmikroskoper blev brugt til at demonstrere Aharonov-Bohm-effekten i 1960'erne, og elektronstråleteknologi er blevet forbedret med tiden, Terning bemærkede.

Teoretisk set, mørkt stof partikler strømmer gennem os hele tiden. For at kunne spores i Terning og Verhaarens model, monopolerne skulle ophidses af Solen. Så ville de tage omkring en måned at nå Jorden, rejser med omkring en tusindedel af lysets hastighed.

På den anden side, det forudsagte faseskift er ekstremt lille - mindre end det, der er nødvendigt for at detektere tyngdekraftsbølger, for eksempel. Imidlertid, Terning bemærkede, at da LIGO gravitationsbølgeeksperimentet først blev foreslået, teknologien til at få det til at fungere eksisterede ikke - i stedet, teknologi indhentet over tid.