Fysikere rapporterer en måde at høre mørkt stof på

Fysikere ved Stockholms universitet og Max Planck Institute for Physics har vendt sig til plasmaer i et forslag, der kan revolutionere søgen efter det undvigende mørke stof.

Mørkt stof udgør 85 procent af sagen i universet. Oprindeligt introduceret for at forklare, hvorfor den stærke kraft, som holder protoner og neutroner sammen, er det samme baglæns og fremad i tiden, den såkaldte axion ville give en naturlig forklaring på mørkt stof. Frem for diskrete partikler, axion mørkt stof ville danne en gennemgribende bølge, der flyder gennem rummet.

Axionen er en af ​​de bedste forklaringer på mørkt stof, men har først for nylig været i fokus for storstilet forsøgsindsats. Nu, der er travlt med at komme med nye ideer til at finde aksionen i alle de områder, hvor den kunne gemme sig.

"At finde aksionen er lidt som at indstille en radio:Du skal indstille din antenne, indtil du finder den rigtige frekvens. I stedet for musik, eksperimentelle vil blive belønnet med at 'høre' det mørke stof, som Jorden rejser igennem. På trods af at den er godt motiveret, aksioner er blevet eksperimenteret negligeret i løbet af de tre årtier siden de blev navngivet af medforfatter Frank Wilczek, "siger Dr. Alexander Millar ved Institut for Fysik, Stockholms universitet, og forfatter til undersøgelsen.

Den centrale indsigt i forskerholdets nye undersøgelse er, at inde i et magnetfelt, aksioner ville generere et lille elektrisk felt, der kunne bruges til at drive svingninger i plasmaet. I et plasma, ladede partikler som elektroner kan flyde frit som en væske. Disse svingninger forstærker signalet, hvilket fører til en bedre "aksionradio". I modsætning til traditionelle eksperimenter baseret på resonanshulrum, der er næsten ingen grænse for, hvor store disse plasmaer kan være, hvilket giver et større signal. Forskellen er lidt ligesom forskellen mellem en walkie talkie og et radiotårn.

"Uden det kolde plasma, aksioner kan ikke effektivt konvertere til lys. Plasmaet spiller en dobbeltrolle, både at skabe et miljø, der muliggør effektiv konvertering, og tilvejebringe en resonant plasmon til at indsamle energien fra det konverterede mørke stof, "siger Dr. Matthew Lawson, Postdoktor ved Institut for Fysik, Stockholms universitet, også forfatter til undersøgelsen.

"Dette er helt en ny måde at lede efter mørkt stof, og vil hjælpe os med at søge efter en af ​​de stærkeste kandidater til mørkt stof inden for områder, der bare er helt uudforsket. At bygge et afstemeligt plasma ville give os mulighed for at lave meget større eksperimenter end traditionelle teknikker, giver meget stærkere signaler ved høje frekvenser, "siger Dr. Alexander Millar.

For at indstille denne "aksionradio, "forfatterne foreslår at bruge noget, der kaldes et" trådmetamateriale, "et system af tråde tyndere end hår, der kan flyttes for at ændre den karakteristiske frekvens af plasmaet. Inde i en stor, kraftig magnet, ligner dem, der bruges i magnetiske resonansbilledmaskiner på hospitaler, et trådmetamateriale bliver til en meget følsom aksionradio.

I tæt samarbejde med forskerne en eksperimentel gruppe i Berkeley har forsket og udviklet konceptet med det formål at bygge et sådant eksperiment i den nærmeste fremtid.

"Plasmahaloskoper er en af ​​de få ideer til at søge efter aksioner i dette parameterrum. Det faktum, at eksperimentelle fællesskab har låst sig fast på denne idé så hurtigt, er meget spændende og lovende for at bygge et fuldskalaeksperiment, "siger Dr. Alexander Millar.