Physik

Neues Werkzeug auf der Suche nach dunkler Materie

Neues Werkzeug auf der Suche nach dunkler Materie

Forscher vom MIT haben ein einzigartiges Mittel zum Nachweis dunkler Materie durch Simulation eines Neutronensterns vorgeschlagen.

Physiker wissen seit langem, dass das Universum weit mehr ist, als es scheint. Das Gravitationsverhalten von Galaxien kann nicht durch die Materie erklärt werden, die wir direkt beobachten können. Dies veranlasste die Wissenschaftler zu dem Vorschlag, dass eine noch nicht nachweisbare zusätzliche Masse existieren muss, die treffend als dunkle Materie bezeichnet wird.

[Bildquelle: MIT]

Um die Bausteine ​​des Universums zu verstehen, verfügen Wissenschaftler über einige beeindruckende Werkzeuge. Jede neue Entdeckung, die beim Large Hadron Collider entdeckt wurde, führt zu einer Flut von Forschungsarbeiten. Ein Team von Physikern am MIT hat ein neues Experiment vorgeschlagen, um ein bislang hypothetisches Teilchen zu detektieren, das als Axion bekannt ist. Durch die Simulation extremer Bedingungen in einem Neutronenstern, einem so genannten Magnetar, hoffen sie, ein Magnetfeld zu erzeugen, das stark genug ist, um Axionen "sichtbar" zu machen.

Der Co-Autor des jüngsten Papiers des Teams, Associate Professor Jesse Thaler, sagte gegenüber MIT News:

„Axionen sind sehr seltsame, nicht intuitive Partikel. Sie sind extrem leicht, mit schwachen Wechselwirkungen, und dennoch kann dieses Teilchen das Materiebudget des Universums dominieren und fünfmal häufiger als gewöhnliche Materie sein. Wir mussten uns also wirklich überlegen, ob diese Partikel mit der aktuellen Technologie im Prinzip nachweisbar sind. Es ist äußerst entmutigend. "

Das Experiment konzentriert sich auf ein Gerät mit einem fantastischen Akronym: ABRACADABRA (Ein breitbandiger / resonanter Ansatz zur Detektion kosmischer Axionen mit einem verstärkenden B-Feld-Ringgerät). Das Gerät arbeitet bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt und besteht aus Magnetspulen, die mit supraleitendem Metall umwickelt sind.


[Bildquelle: MIT]

Die Forscher hoffen, dass der neue Ansatz zu Einsichten in das Problem der starken CP (Ladungsparität) führen könnte. Dieses fortwährende Rätsel dreht sich um das, was Co-Autor Benjamin Safdi "die Gleichgültigkeit von Neutronen gegenüber elektrischen Feldern" nennt. Er erklärte:

"Wir erwarten nicht, dass Neutronen in Gegenwart eines elektrischen Feldes beschleunigen, da sie keine elektrische Ladung tragen, aber Sie können erwarten, dass sie sich drehen. Das liegt daran, dass wir erwarten, dass sie ein elektrisches Dipolmoment haben, in dem Sie sich ein Neutron vorstellen können, das auf der einen Seite eine Plusladung und auf der anderen eine Minusladung hat. Nach unserem derzeitigen Verständnis existiert dieser Rotationseffekt jedoch nicht, während die Theorie dies vorschreibt. “

Das Axion kann für dieses merkwürdige Verhalten verantwortlich sein. Physiker haben vorgeschlagen, dass das Axion möglicherweise das elektrische Dipolmoment eines Neutrons entfernen kann, wobei die resultierenden magnetischen Ergebnisse experimentell nachweisbar sind.

Wie MIT die Informationen anwenden möchte

Associate Professor Thaler sagt, die Arbeit sei ermutigend: "Es ist sehr verlockend zu sagen, dass es ein Teilchen geben könnte, das diesem tiefen Zweck dient, und noch mehr, wenn wir das Vorhandensein dieser Teilchen in Form von dunkler Materie nachweisen würden."

Aufbauend auf der Arbeit der University of Washington versucht das MIT-Team, den Forschungsumfang mithilfe des vorgeschlagenen Experiments zu erweitern. Associate Professor Thaler erklärte:

Das Problem des starken CP hängt damit zusammen, ob der Spin eines Neutrons auf elektrische Effekte reagiert, und Sie können sich einen Magnetar als einen gigantischen Spin mit großen Magnetfeldern vorstellen. Wenn Axionen hereinkommen und die Eigenschaften von Kernmaterie ändern, um das Problem des starken CP zu lösen, können Axionen möglicherweise mit diesem Magnetar interagieren und es Ihnen ermöglichen, es auf eine neue Art und Weise zu sehen. Daher sollten die subtilen Auswirkungen von Axionen verstärkt werden. “

Andere Forscher sind hoffnungsvoll. Der stellvertretende Professor Gray Rybka von der University of Washington sagteErst kürzlich gab es viele gute Ideen, nach [niederfrequenten Axionen] zu suchen. Das hier vorgeschlagene Experiment baut auf früheren Ideen auf und ist, wenn die Autoren korrekt sind, möglicherweise die praktischste experimentelle Konfiguration, mit der einige der plausiblen niederfrequenten Axionsregime untersucht werden können. “

Associate Professor Thaler stimmte zu:

„Wir haben ein Instrument, das für viele Wellenlängen empfindlich ist, und wir können es mit einem Axion einer bestimmten Wellenlänge kitzeln, und ABRACADABRA wird mitschwingen. Und wir werden Neuland betreten, wo wir möglicherweise dunkle Materie von diesem Prototyp aus sehen können. Das wäre fantastisch."

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Über:MIT

Geschrieben von Jody Binns

Schau das Video: Wie findet man Dunkle Materie? (November 2020).