Ceasurile atomice și laserele ne pot ajuta să detectăm materia întunecată, sugerează un studiu

O echipă internațională de cercetători a dezvoltat o nouă metodă care promite să detecteze materia întunecată folosind ceasuri atomice și o rețea de lasere cu o cavitate optică.

Un ceas atomic este un ceas superprecis care utilizează vibrațiile atomice pentru a măsura timpul. Acesta este implementat în sateliții GPS, deoarece furnizează ora exactă pentru a determina poziția unui dispozitiv.

• Studiul celulelor cardiace în spațiu ar putea ajuta la dezvoltarea unui nou tratament pe Pământ
• Lacurile Pământului rămân fără oxigen în ritm alarmant, arată un studiu

Un laser cu cavitate optică, pe de altă parte, este un tip de laser în care lumina este captivă și ricoșează înainte și înapoi între două oglinzi foarte reflectante. Această configurație, denumită cavitate optică, ajută la stabilizarea frecvenței laserului, făcându-l extrem de precis. Acestea sunt utilizate în rețelele de fibră optică de mare viteză

Cel mai recent studiu al cercetătorilor sugerează că ceasurile atomice și laserele pot funcționa ca niște senzori, detectând mici modificări ale constantelor fundamentale, cum ar fi masa electronului. Se crede că astfel de schimbări sunt cauzate de un câmp oscilant de materie întunecată.

„În acest caz, materia întunecată acționează ca o undă, deoarece masa sa este foarte, foarte mică”, a declarat Ashlee Caddell, unul dintre autorii studiului și doctorand la Universitatea din Queensland (UQ).

Multe dintre metodele actuale de detectare a materiei întunecate utilizează senzori plasați în același loc. Într-o astfel de configurație, senzorii experimentează aceeași fază a undei de materie întunecată, ceea ce face dificilă detectarea altor părți ale undei.

O nouă metodă care promite să detecteze materia întunecată

În plus, dacă unda interacționează cu doi senzori într-un mod simetric, efectele sale s-ar putea anula în anumite măsurători. Pentru a depăși această provocare, cercetătorii au folosit senzori separați de o distanță mare.

Echipa a analizat două seturi de date. În primul rând, oamenii de știință au căutat oscilații în raportul de frecvență dintre două lasere cu cavitate optică conectate printr-o legătură de fibră optică de 2 220 km. Aceste măsurători au ajutat la detectarea fluctuațiilor spațiale în câmpul de materie întunecată.

În continuare, cercetătorii au examinat datele de sincronizare de la ceasurile atomice cu microunde de la bordul sateliților GPS, ceea ce le-a permis să detecteze fluctuațiile temporale din câmpul materiei întunecate.

Prin examinarea rapoartelor de frecvență de la lasere și ceasuri atomice, cercetătorii au căutat oscilații cu perioade cuprinse între două și 105 secunde, corespunzătoare maselor particulelor de materie întunecată, scrie InterestingEngineering.

Acest lucru le-a permis să stabilească primele constrângeri privind variațiile masei electronilor induse de materia întunecată ultraușoară la frecvențe sub 1 Hz. Acest studiu este primul care stabilește limite pentru astfel de variații.

Întrebări fundamentale privind structura Universului

Niciun experiment anterior nu a testat direct dacă materia întunecată ar putea provoca oscilații ale masei electronilor la frecvențe mai mici de 1 Hz. Deci, practic, aceste constatări definesc un interval în care astfel de efecte sunt fie prea mici pentru a fi detectate, fie nu există.

În plus, rezultatele aruncă lumină asupra modului în care undele materiei întunecate ar putea interacționa cu materia obișnuită (electronii).

„În mod incitant, am reușit să căutăm semnale din modele de materie întunecată care interacționează universal cu toți atomii, ceea ce a scăpat experimentelor tradiționale”, a adăugat Caddell.

Folosind această abordare, „oamenii de știință vor putea acum să investigheze o gamă mai largă de scenarii privind materia întunecată și, probabil, să răspundă la unele întrebări fundamentale privind structura universului”, a declarat Benjamin Roberts, unul dintre autorii studiului și fizician la UQ.

Studiul este publicat în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să mai citiți și:

A fost creată Inteligența Artificială care poate detecta materia întunecată

Telescopul Hubble urmărește materia întunecată din galaxii cu ajutorul stelelor

Materia întunecată s-ar putea ascunde în Acceleratorul de Particule de la Geneva

Noi indicii despre materia întunecată. Ar putea fi formată din fotoni întunecați?