Placering af en anden brik i det mørke stof puslespil

Meget lidt er kendt om den nøjagtige natur af mørkt stof. I øjeblikket, nogle af de mest lovende kandidater til mørkt stof er ekstremt lette bosoniske partikler såsom aksioner, aksionlignende partikler eller endda mørke fotoner. "Disse kan også betragtes som et klassisk felt, der oscillerer ved en bestemt frekvens. Men vi kan endnu ikke sætte et tal på denne frekvens - og derfor massen af ​​partiklerne, " forklarer professor Dmitry Budker. "Det er derfor i CASPEr-forskningsprogrammet, vi undersøger systematisk forskellige frekvensområder på udkig efter antydninger af mørkt stof. "

Budkers gruppe søger efter mørkt stof gennem Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr). CASPEr -gruppen udfører deres eksperimenter på PRISMA+ Cluster of Excellence ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) og Helmholtz Institute Mainz (HIM). CASPEr er et internationalt forskningsprogram, der anvender nuklear magnetisk resonans teknikker til at identificere og analysere mørkt stof.

CASPEr -teamet udvikler særlige teknikker til nuklear magnetisk resonans (NMR), hver målrettet mod et specifikt frekvensområde og derfor mod et specifikt område af mørkt stof partikelmasser. NMR baserer sig generelt på det faktum, at atomspins reagerer på magnetfelter, der oscillerer ved en bestemt resonansfrekvens. Resonansfrekvensen indstilles via et sekund, normalt statisk magnetfelt. Den grundlæggende idé med CASPEr -forskningsprogrammet er, at et mørkt stoffelt kan påvirke atomspinnene på samme måde. Når Jorden bevæger sig gennem dette felt, atomspin opfører sig som om de ville opleve et oscillerende magnetfelt, derved genererer et mørkt stof induceret NMR -spektrum.

I det aktuelle arbejde, første forfatter Antoine Garcon og hans kolleger brugte en mere eksotisk teknik:zero-to-ultralow-field (ZULF) NMR. "ZULF NMR giver et regime, hvor nukleare spins interagerer stærkere med hinanden, end de gør med et eksternt magnetfelt, " siger den tilsvarende forfatter Dr. John W. Blanchard. "For at gøre spindene følsomme over for mørkt stof, vi behøver kun at anvende et meget lille eksternt magnetfelt, hvilket er meget lettere at stabilisere. "

Desuden, for første gang undersøgte forskerne ZULF NMR-spektre af 13C-myresyre med hensyn til mørke-stof-inducerede sidebånd, ved at anvende et nyt analyseskema til sammenhængende gennemsnit af sidebånd med vilkårlig frekvens over flere målinger.

Denne særlige form for sidebåndsanalyse gjorde det muligt for forskerne at søge efter mørkt stof i et nyt frekvensområde. Intet mørkt stof-signal blev detekteret, som CASPEr-teamet rapporterer i den seneste udgave af Videnskab fremskridt , giver forfatterne mulighed for at udelukke ultralet mørkt stof med koblinger over en bestemt tærskel. På samme tid, disse resultater udgør endnu en brik i mørkt stof-puslespillet og supplerer tidligere resultater fra CASPEr-programmet rapporteret i juni, da forskerne udforskede endnu lavere frekvenser ved hjælp af en anden specialiseret NMR-metode kaldet komagnetometri.

"Som et puslespil, vi kombinerer forskellige dele inden for CASPEr-programmet for yderligere at indsnævre omfanget af søgningen efter mørkt stof, " hævder Dmitry Budker.

John Blanchard tilføjer, "Dette er kun det første skridt. Vi implementerer i øjeblikket flere meget lovende modifikationer for at øge vores eksperiment følsomhed."