En ny strategi til direkte detektering af lys partikel mørkt stof

I næsten et århundrede, astronomer har antaget, at universet indeholder mere stof, end hvad det menneskelige øje kan observere. Det menes nu, at cirka 80 procent af universets masse består af en type stof, der ikke udsender lys eller energi, og som videnskabsmænd stadig ikke er i stand til at observere direkte, omtalt som mørkt stof.

Mens der nu er utallige undersøgelser og teorier om mørkt stof, der er stadig ingen direkte eksperimentelle beviser, der understøtter dens eksistens. Adskillige fysikere har forsøgt at udtænke metoder til at opdage mørkt stof i universet, men alle disse har indtil videre været mislykkede.

I løbet af de sidste årtier har forskere er begyndt at spekulere på, hvordan mørkt stof overhovedet kunne opdages, især i betragtning af, at den består af partikler, der er meget lettere end protoner. En model, der har fået stor opmærksomhed, er en, der betragter mørkt stof som en partikel, der har en meget lille ladning under normal elektromagnetisme.

Med inspiration fra denne model, forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory i Californien har for nylig udtænkt en ny strategi, der direkte kan detektere lys partikel mørkt stof, der har lang rækkevidde interaktioner med almindeligt stof. Den strategi de kom med, præsenteret i et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , indebærer forvrængning af den lokale strøm af mørkt stof med tidsvarierende felter og måling af disse forvrængninger ved hjælp af afskærmede resonansdetektorer.

"Indtil nu, de fleste ideer om, hvordan man opdager mørke stofpartikler, har stolet på at forsøge at opdage små energiaflejringer fra mørkt stof, der spredes i en meget følsom detektor, "Asher Berlin, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Mine samarbejdspartnere og jeg indså for nylig, at der eksisterer en alternativ detekteringsmekanisme:I stedet for at vente på, at mørkt stof afsætter en lille mængde energi i en detektor via spredning, det er muligt direkte at manipulere banerne for individuelle mørkt stofpartikler, opsætning af forstyrrelser, der derefter kan måles med meget følsomme resonansdetektorer, ligner hverdagsradioer."

I modsætning til de fleste strategier til påvisning af mørkt stof introduceret i tidligere undersøgelser, den nye strategi foreslået af Berlin og hans kolleger drager fordel af den "kollektive" effekt, som mange individuelle mørkt stofpartikler kunne producere, snarere end effekten afledt af en enkelt mørkt stofpartikel. Som resultat, deres detektionsmetode drager fordel af den lille masse/momentum af lyst mørkt stof, især hvis man sammenligner med teknikker, der forsøger at måle spredning af mørkt stof i en detektor, hvilket typisk er langt mere udfordrende, hvis de mørke stofpartikler er meget lette.

"Vi har identificeret et potentielt lovende alternativ til at detektere sub-MeV partikellignende mørkt stof uden at stole på energiaflejring fra spredning, " forklarede Berlin. "På dette tidspunkt, enhver ny idé, inklusive vores, kan åbne muligheden for succesfuldt at opdage mørkt stof partikler."

I deres papir, Berlin og hans kolleger anvendte teoretisk deres nyudviklede detektionsskema til sub-MeV mørke stofpartikler med meget små elektriske ladninger eller som er koblet til en lysvektormægler. Deres analyser tyder på, at deres tilgang kan undersøge mørke stofmasser, der spænder mellem 10 MeV og under en meV, dermed potentielt nå ud over, hvad tidligere teorier og detektionsbestræbelser har opnået.

Mens den strategi, som forskerne har udtænkt, virker lovende, det er stadig kun teoretisk. I de kommende år, imidlertid, deres arbejde kunne informere udviklingen af ​​nye værktøjer til at detektere mørkt stof partikler, som i sidste ende ville hjælpe med at bestemme gyldigheden og mulige begrænsninger af deres tilgang.

"I fremtiden, vi planlægger at slå os sammen med eksperimenter, der er interesseret i faktisk at bygge sådan en detektor, " sagde Berlin. "Vi planlægger også at undersøge relaterede detektionsideer for andre mulige mørkt stof partikler, der besidder forskellige slags interaktioner med normalt stof."

© 2020 Science X Network