Intet bevis for påvirkning af mørkt stof på kraften mellem kerner

Universet består hovedsageligt af et nyt stof og en energiform, som endnu ikke er forstået. Dette 'mørke stof' og 'mørke energi' er ikke direkte synlige for det blotte øje eller gennem teleskoper. Astronomer kan kun bevise deres eksistens indirekte, baseret på galaksers form og universets dynamik. Mørkt stof interagerer med normalt stof via gravitationskraften, som også bestemmer de kosmiske strukturer af normal, synligt stof.

Det vides endnu ikke, om mørkt stof også interagerer med sig selv eller med normalt stof via de andre tre fundamentale kræfter - den elektromagnetiske kraft, den svage og den stærke kernekraft - eller en eller anden yderligere kraft. Selv meget sofistikerede eksperimenter har hidtil ikke været i stand til at opdage en sådan interaktion. Det betyder, at hvis det overhovedet eksisterer, den må være meget svag.

For at belyse dette emne mere videnskabsmænd over hele kloden udfører forskellige nye eksperimenter, hvor virkningen af ​​de ikke-gravitationelle grundkræfter foregår med så lidt udefrakommende interferens som muligt, og virkningen derefter måles præcist. Eventuelle afvigelser fra de forventede effekter kan indikere påvirkningen af ​​mørkt stof eller mørk energi. Nogle af disse eksperimenter udføres ved hjælp af enorme forskningsmaskiner som dem, der er anbragt på CERN, Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning i Genève. Men eksperimenter i laboratorieskala, for eksempel i Düsseldorf, er også muligt, hvis designet til maksimal præcision.

Holdet, der arbejder under vejledning af prof. Stephan Schiller fra Institut for Eksperimentel Fysik ved HHU, har præsenteret resultaterne af et præcisionseksperiment til at måle den elektriske kraft mellem protonen ("p") og deuteronet ("d") i journalen Natur . Protonen er kernen i hydrogenatomet (H), det tungere deuteron er kernen af ​​deuterium (D) og består af en proton og en neutron bundet sammen.

Düsseldorf-fysikerne studerer et usædvanligt objekt, HD+, ionen af ​​det delvist deutererede brintmolekyle. En af de to elektroner, der normalt er indeholdt i elektronskallen, mangler i denne ion. Dermed, HD+ består af en proton og deuteron bundet sammen af ​​kun én elektron, som kompenserer for den frastødende elektriske kraft mellem dem.

Dette resulterer i en særlig afstand mellem protonen og deuteronet, omtalt som 'bindingslængden'. For at bestemme denne afstand, HHU -fysikerne har målt molekylets rotationshastighed med elleve cifers præcision ved hjælp af en spektroskopiteknik, de for nylig udviklede. Forskerne brugte begreber, der også er relevante inden for kvanteteknologi, såsom partikelfælder og laserkøling.

Det er ekstremt kompliceret at udlede bindingslængden ud fra spektroskopiresultaterne, og dermed at fratrække styrken af ​​den kraft, der udøves mellem protonen og deuteronen. Dette skyldes, at denne kraft har kvanteegenskaber. Teorien om kvanteelektrodynamik (QED) foreslået i 1940'erne skal bruges her. Et medlem af forfatterteamet brugte to årtier på at fremme de komplekse beregninger og var for nylig i stand til at forudsige bindingslængden med tilstrækkelig præcision.

Denne forudsigelse svarer til måleresultatet. Ud fra aftalen kan man udlede den maksimale styrke af en modifikation af kraften mellem en proton og en deuteron forårsaget af mørkt stof. Prof. Schiller kommenterer:"Mit team har nu skubbet denne øvre grænse mere end 20 gange ned. Vi har vist, at mørkt stof interagerer meget mindre med normalt stof, end det tidligere blev anset for muligt. Denne mystiske form for stof forbliver fortsat undercover, i hvert fald i laboratoriet! "