С 1980-х годов, исследователи проводил эксперименты в поисках частиц, составляющих темную материю, невидимую субстанцию, которая пронизывает нашу галактику и Вселенную. Придумали темную материю, потому что нет света, это вещество, которое составляет более 80% вещества в нашей Вселенной уже неоднократно доказано влияние обычной материей через гравитацию. Ученые знают, что это там, но не знаю, что это такое.
Так исследователи из Калифорнийского технологического института, возглавляемая Кэтрин Журек, профессор теоретической физики, вернулись к чертежной доске, чтобы придумать новые идеи. Они смотрят на возможность того, что темная материя состоит из «скрытого сектора» частицы, которые легче, чем частицы, предложенных ранее, и, в теории, может быть найдено с помощью небольших подземных настольных устройств. Напротив, ученые ищут более тяжелой темной материи под названием слабаков (слабо взаимодействующие массивные частицы) с использованием крупномасштабных экспериментов, таких как ксенон, который устанавливается под землей, в баке 70,000 литров воды в Италии.
«Темная материя всегда течет через нас, даже в этой комнате», — говорит Журек, который первым предложил скрытый сектор частицы более десяти лет назад. «Как мы движемся вокруг центра галактики, это устойчивый ветер из темной материи, в основном остается незамеченным. Но мы все еще можем воспользоваться тем, что источник темной материи, и разработки новых способов искать редкие взаимодействия между темной материей ветра и детектор».
В новой статье, принятой к публикации в журнале письма в ЖЭТФ, физики показано, как более легкие-вес частиц темной материи могли быть обнаружены с помощью типа квазичастиц, известные как кроманьонцы. Квазичастица-это эмерджентное явление, возникающее, когда сплошной ведет себя, как будто он содержит слабовзаимодействующих частиц. Магноны-это тип квазичастиц в котором спины электронов, — которые действуют как магниты-это коллективность взволнован. По задумке исследователей для столешницы эксперимент, магнитный кристаллизующийся материал будет использоваться, чтобы искать признаки возбужденных магнонов, порожденных темной материи.
«Если частицы темной материи легче, чем Протон, становится очень сложно определить их сигналов обычными средствами», — говорит автор исследования Zhengkang (Кевин) Чжан, докторской ученый в Калифорнийском технологическом институте. «Но, по мнению многих хорошо мотивированных моделей, особенно тех, которые касаются скрытых секторов, частицы темной материи могут пару спинов электронов, после того, как они попадают в материал, они наведут спиновых возбуждений, или магноны. Если мы снижаем уровень фонового шума путем охлаждения оборудования и перемещение его в подполье, мы могли бы надеяться обнаружить магнонов, генерируемый исключительно темная материя и не материя».
Такой эксперимент возможен только в теории, на данный момент, но в конечном счете может проводиться с помощью небольших устройств, размещенный под землей, вероятно, в шахте, куда внешние влияния других частиц, таких как космические лучи, могут быть сведены к минимуму.
Один верный признак обнаружения темной материи в настольные эксперименты могут быть изменения сигнала, которые зависят от времени суток. Это связано с тем, что магнитные кристаллы, которые будут использоваться для обнаружения темной материи может быть анизотропной, т. е. атомы в природе устроено таким образом, что они, как правило, взаимодействуют с темной материей сильнее, когда темная материя приходит в определенных направлениях.
«Как Земля перемещается через галактическую гало темной материи, он чувствует себя темная материя, дующий с направлением, в котором двигается планета. Детектор фиксируется в определенном месте на Земле, вращается вместе с планетой, поэтому темная материя ветер дует с разных сторон, в разное время дня, скажем, иногда сверху, иногда сбоку», — говорит Чжан.
«В течение дня, например, вы можете иметь более высокий уровень обнаружения, когда темная материя приходит сверху, чем сбоку. Если вы увидели, что это будет очень зрелищный и очень сильный признак того, что вы видели темную материю.»
Исследователи есть другие идеи о том, как темная материя может проявляться, в дополнение к через магнонов. Они предложили, чтобы более легкие частицы темной материи могут быть обнаружены с помощью фотонов, а также с другой тип квазичастиц называется Phonon, которая вызвана колебаниями в кристаллической решетке. Предварительные эксперименты на основе фотонов и фононов ведутся в Калифорнийском университете в Беркли, где была команда до Журек вступления в Калифорнийском технологическом факультете в 2019 году. Исследователи говорят, что использование этих несколько стратегий, чтобы искать темную материю имеет решающее значение, поскольку они дополняют друг друга и подтверждают результаты друг друга.
«Мы ищем новые способы, чтобы искать темную материю, потому что учитывая, как мало мы знаем о темной материи, то стоит рассмотреть все возможности», — говорит Чжан.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!