En ny måde at søge efter mørkt stof på afslører skjulte materialers egenskaber

Ny forskning fra Chalmers, sammen med ETH Zürich, Schweiz, foreslår en lovende måde at opdage undvigende mørkt stof partikler gennem tidligere uudforskede atomare reaktioner, der forekommer i detektormaterialet.

De nye beregninger gør det muligt for teoretikere at lave detaljerede forudsigelser om arten og styrken af ​​interaktioner mellem mørkt stof og elektroner, som ikke tidligere var mulige.

"Vores nye forskning i disse atomare reaktioner afslører materielle egenskaber, der indtil nu har forblevet skjulte. De kunne ikke undersøges ved hjælp af nogen af ​​de partikler, der er tilgængelige for os i dag - kun mørkt stof kunne afsløre dem, " siger Riccardo Catena, Lektor ved Institut for Fysik på Chalmers.

For hver stjerne, galakse eller støvsky synlig i rummet, der findes fem gange mere materiale, som er usynligt - mørkt stof. At opdage måder at detektere disse ukendte partikler, som udgør en så væsentlig del af Mælkevejen, er derfor en topprioritet i astropartikelfysikken. I den globale søgen efter mørkt stof, store detektorer er blevet bygget dybt under jorden for at forsøge at fange partiklerne, når de preller af atomkerner.

Indtil nu, disse mystiske partikler er undsluppet at blive opdaget. Ifølge Chalmers-forskerne. en mulig forklaring kunne være, at mørkt stof partikler er lettere end protoner, og derved ikke få kernerne til at trække sig tilbage - forestil dig en bordtennisbold, der støder ind i en bowlingkugle. En lovende måde at overvinde dette problem på kunne derfor være at flytte fokus fra kerner til elektroner, som er meget lettere.

I deres seneste avis, forskerne beskriver, hvordan mørkt stof-partikler kan interagere med elektronerne i atomer. De foreslår, at den hastighed, hvormed mørkt stof kan sparke elektroner ud af atomer, afhænger af fire uafhængige atomare reaktioner - hvoraf tre tidligere var uidentificerede. De har beregnet, hvordan elektroner i argon- og xenonatomer, bruges i nutidens største detektorer, skal reagere på mørkt stof.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Research og udført i et nyt samarbejde med kondenseret stof-fysiker Nicola Spaldin og hendes gruppe ved ETH. Deres forudsigelser kan nu testes i observatorier med mørkt stof over hele kloden.

"Vi forsøgte at fjerne så mange adgangsbarrierer som muligt. Artiklen er publiceret i et tidsskrift med fuld adgang, og den videnskabelige kode til at beregne de nye atomare responsfunktioner er open source, for alle, der vil tage et kig 'under motorhjelmen' på vores avis, " siger Timon Emken, en postdoc i mørk stof-gruppen ved Fysisk Institut på Chalmers.