Fysisk teori antyder att universum till stor del består av en typ av materia som inte avger, absorbera eller reflektera ljus, och kan därför inte observeras med konventionella detektionsmetoder. Denna typ av materia, kallad mörk materia, har hittills aldrig observerats eller upptäckts experimentellt.

Att upptäcka mörk materia har hittills visat sig vara otroligt utmanande, men det kunde vara mycket lättare om denna typ av materia koncentrerades till makroskopiska objekt. Faktiskt, vissa fysiker har föreslagit att mörk materia, eller åtminstone en nyckelkomponent i den, kan bestå av kompakta mörka föremål (CDO), som antas uppvisa små nongravitationsinteraktioner med normal materia.

Charles Horowitz och Rudolf Widmer-Schnidrig, två forskare vid Indiana University och Black Forest Observatory (BFO) i Tyskland, respektive, har nyligen genomfört en studie som undersöker användningen av gravimetrar för att söka efter kompakta föremål i mörk materia (CDO) inne i jorden. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , lyfter fram potentialen med att använda supraledande gravimetrar i det pågående sökandet efter mörk materia.

"Mycket av universum är gjord av okänd mörk materia, "Horowitz berättade för Phys.org." I vårt tidigare arbete, vi letade efter klumpar av mörk materia, som vi kallar kompakta mörka föremål, CDO, i neutronstjärnor eller i solen. Eftersom mörk materia kan interagera mycket svagt med normal materia, den kan röra sig inuti normala kroppar på sätt som konventionell materia inte kan. "

Astrofysisk teori antyder att mörk materia har gravitationella interaktioner med normal materia. Att söka efter CDO:er med hjälp av verktyg som kan upptäcka skillnader i gravitationskrafter mellan en plats och en annan verkar således som ett lovande alternativ.

Med detta i åtanke, Horowitz och Widmer-Schnidrig gav sig ut för att undersöka potentialen för att söka efter CDO:er med hjälp av gravimetrar, mycket känsliga enheter som kan mäta accelerationen från tyngdkraften med anmärkningsvärd noggrannhet. På jorden, accelerationen på grund av gravitationen är ungefär g (t) =9,8 m/s ² , medan en gravimeter kan mäta förändringar i detta nummer i den 12:e siffran till cirka 12 siffror (med en del per biljon precision).

"Tyngdkraften från en CDO kommer att förändra värdet av g något när CDO rör sig närmare eller bort från gravimetern, "Horowitz sa." Vi letar efter ett tidsberoende till g (t) som förändras med 55-minutersperioden för CDO:s bana inuti jorden. "

Horowitz och Widmer-Schnidrig beräknade att CDO som rör sig i jordens inre kärna skulle ha en omloppsperiod på nästan 55 minuter, och skulle producera en tidsberoende signal i en gravimeter. Uppgifterna de samlade in med hjälp av supraledande gravimetrar, dock, utesluter förekomsten av sådana föremål inuti jordens kärna, om inte dessa föremål har en extremt låg massa eller liten omloppsradie.

I framtiden, forskarna skulle vilja upprepa sin studie med gravimetrar med högre känslighet eller med fokus på andra himlakroppar. Deras arbete kan också inspirera fysiker vid andra institutioner över hela världen att utföra liknande experiment med gravimetrar.

"Vi har visat hur man använder gravimetrarnas känslighet för att söka efter en möjlig form av mörk materia, "Sa Horowitz." Vi visade att inga sådana föremål rör sig inne i jorden om inte deras massa och eller omloppsradie är mycket liten. I vårt framtida arbete, Vi planerar att försöka förbättra känsligheten i vår sökning och eventuellt söka efter CDO i andra solsystemkroppar. "

© 2020 Science X Network