Нов експеримент, предназначен да търси във Вселената нейната най-мистериозна „материя“, тъмната материя, показа първите си резултати.
Докато широколентовият рефлекторен експеримент за откриване на аксион (BREAD), разработен от Чикагския университет и Fermilab на Министерството на енергетиката на САЩ, все още не е успял да открие частици от тъмна материя, новите резултати поставят по-строги ограничения върху вида свойства, които учените могат да очакват такива частици да има. Самият експеримент BREAD предостави вълнуваща нова рецепта, която може да се използва в търсенето на тъмна материя, която е сравнително евтина и не заема много място.
BREAD използва „широколентов“ подход за търсене на хипотетични частици тъмна материя, наречени „аксони“ и свързаните с тях „тъмни фотони“ в по-широк диапазон от възможности в сравнение с други експерименти, макар и с малко по-ниска резолюция.
„Ако мислите за това като за радио, търсенето на тъмна материя е като да настроите циферблата, за да търсите определена радиостанция, с изключение на това, че има милион честоти за проверка“, каза Дейвид, учен от Чикагския университет и съавтор ръководител на проект ХЛЯБ. Милър Той каза в изявление. „Нашият подход е като да направим цялостно проучване на 100 000 радиостанции, а не само няколко.“
Свързани: Какво представлява тъмната материя?
Малък експеримент за справяне с голям проблем
Тъмната материя е голям проблем за учените, защото въпреки че съставлява около 85% от материята във Вселената и нейният ефект предпазва галактиките от издухване, докато се въртят, ние нямаме много представа от какво е направена.
Това отчасти се дължи на факта, че тъмната материя е практически невидима; Изглежда не взаимодейства със светлината, нито излъчва, нито отразява стандартни фотони. Тази липса на електромагнитно взаимодействие предполага, че тъмната материя не се състои от протони, неутрони и електрони, които изграждат телата на „нормална материя“ като звезди, планети, луни, нашите собствени тела и съседната котка.
Въпреки че нашите телескопи не могат да открият тъмната материя директно, тя влияе на звездите, галактиките и дори светлината чрез взаимодействието си с гравитацията. Така че астрономите могат да знаят, че нещо съществува, но не знаят какво е то. Да знаеш какво точно да търсиш и къде да търсиш е друг въпрос.
„Доста сме уверени, че има нещо там, но има много, много форми, които може да приеме“, каза Милър.
Това объркване накара учените да търсят различни частици със странни свойства, които биха могли да съставят тъмната материя. Един такъв кандидат е аксионът, хипотетична частица с изключително малка маса. Ако аксоните съществуват, те могат да взаимодействат с така наречения тъмен фотон точно както ежедневната материя взаимодейства с „нормалните“ фотони. Това взаимодействие понякога може да създаде видим фотон при определени условия.
BREAD е коаксиална антена под формата на извита метална тръба, която може да се постави върху плота. Експериментът е предназначен да улови фотони и да ги насочи към сензор в единия край, за да търси подгрупа от възможни аксони.
Мащабният експеримент BREAD ще види оборудването, поставено в силно магнитно поле, което според екипа ще увеличи шансовете за превръщане на аксоните във фотони. Като доказателство за принципа, екипът проведе експеримента BREAD без магнитите, необходими за генериране на полето.
Първоначалният експеримент за печене беше проведен в Чикагския университет в продължение на месец и предостави някои интересни данни, разпалвайки апетита на екипа за мащабен експеримент. Резултатите от теста показаха, че BREAD е силно чувствителен в честотния диапазон, който екипът го е проектирал да изследва.
„Това е само първата стъпка от поредица от вълнуващи експерименти, които сме планирали“, каза Андрю Соненшейн, съ-ръководител на BREAD и изследовател във Fermilab. „Имаме много идеи за подобряване на чувствителността на нашето търсене на аксиони.“
Тестването също така показа, че физиката на елементарните частици може да се направи на масата, както и в масивни ускорители на частици като Големия адронен колайдер (LHC), който се простира на 17 мили (27 километра) под границата между Франция и Швейцария.
„Този резултат е основен крайъгълен камък за нашата концепция, демонстрирайки за първи път силата на нашия подход“, каза Стефан Книерк, постдокторант във Fermilab, който ръководи разработването и изграждането на BREAD. „Страхотно е, че можем да правим този вид творческа наука на масата, където малък екип може да направи всичко от изграждането на експеримента до анализирането на данните, но въпреки това има огромно влияние върху съвременната физика на частиците.“
Следващата фаза от изпитването на BREAD ще види устройството да бъде преместено в магнитното съоръжение в Националната лаборатория в Аргон. Освен това съоръжения като SLAC National Accelerator Laboratory, MIT, Caltech и лабораторията за реактивни двигатели на НАСА работят върху изследвания и разработки с Чикагския университет и Fermilab за бъдещи рецепти за експеримента BREAD.
„Все още има много открити въпроси в науката и огромно пространство за нови творчески идеи за справяне с тези въпроси“, заключи Милър. „Мисля, че това е истински забележителен пример за този вид иновативни идеи – в този случай въздействащи партньорства за сътрудничество между по-малка наука в университетите и широкомащабна наука в национални лаборатории.“
Изследването на екипа е подробно описано в статия, публикувана в края на миналия месец в списанието Писма за физически преглед.
„Тотален фен на Twitter. Нежно очарователен почитател на бекона. Сертифициран специалист по интернет.“
More Stories
Физиците откриват намеци за мистериозна частица, наречена „Glueball“
11-годишно момиче помага да се открие най-голямото влечуго, съществувало някога
Най-голямото животно, живяло на Земята преди 100 милиона години