Ett experiment med hög precision som leds av TU Wien har inriktat sig på att hitta de hittills hypotetiska "symmetronfälten" med hjälp av ultrakall neutronkälla PF2 vid Institut Laue-Langevin i Frankrike. För förekomsten av symmetroner kan ge en förklaring till den mystiska mörka energin.

En sak är säker:det finns något där ute som vi ännu inte vet. I åratal har forskare letat efter "mörk materia" eller "mörk energi - med vår nuvarande inventering av partiklar och krafter i naturen kan vi helt enkelt inte förklara stora kosmologiska fenomen, till exempel varför universum expanderar i en allt snabbare takt.

Nya teorier om "mörk energi" har föreslagits. En av kandidaterna är det så kallade "symmetronfältet, "som sägs genomsyra rymden ungefär som Higgs-fältet. Vid TU Wien har forskare utvecklat ett experiment som kan mäta extremt små krafter med hjälp av neutroner. Mätningarna gjordes under en 100-dagars kampanj vid Institut Laue-Langevin , på sin PF2-ultrakalla neutronkälla. De kunde ha gett tips till de mystiska symmetronerna - men partiklarna dök inte upp. Även om detta inte är slutet på teorin, det utesluter åtminstone möjligheten att symmetroner finns över ett brett spektrum av parametrar - och "mörk energi" måste förklaras annorlunda.

Symmetronen - Higgsbosons lillebror?

Enligt Hartmut Abele, projektets ledande forskare, symmetronteorin skulle vara en särskilt elegant förklaring till mörk materia. "Vi har redan bevis på Higgs -fältet, och symmetronfältet är mycket nära släkt. "Men som med Higgs -partikeln vars massa inte var känd förrän partikelns existens bekräftades, symmetrons fysiska egenskaper kan inte förutsägas exakt.

Abele förklarar, "Ingen kan säga vad symmetronmassan är, inte heller hur starkt de interagerar med normal materia. Det är därför det är så svårt att bevisa deras existens experimentellt-eller deras icke-existens. "Symmetrons existens kan bara bekräftas eller motbevisas inom ett visst parameterintervall-symmetroner, med andra ord, med massa- eller kopplingskonstanter i ett specifikt värdeintervall.

Forskare går därför fram med försiktighet, från ett experiment till det andra, testa olika parameterintervall. Det var redan klart att ett antal intervall kunde uteslutas. Symmetroner till exempel med hög massa och låg kopplingskonstanter kan inte existera, som de redan skulle ha dykt upp på atomnivå. Undersökningar av väteatomen skulle ha gett olika resultat. Liknande, symmetroner i ett visst område med mycket höga kopplingskonstanter kan också uteslutas, eftersom de redan skulle ha upptäckts i andra experiment med massiv pendel.

Använda neutroner som kraftsensorer vid neutronkällan Institut Laue-Langevin

Som sagt, det fanns fortfarande gott om utrymme för att erkänna förekomsten av symmetroner, och detta är vad teamet nu har undersökt i experimentet. En ström av extremt långsamma neutroner sköts mellan två spegelytor. Neutronerna finns i två olika kvantfysiska tillstånd. Energierna i dessa tillstånd beror på de krafter som utövas på neutronen, och det är detta som gör neutronen till en så känslig kraftdetektor. Om kraften som verkar på neutronen precis ovanför spegelns yta skiljer sig från kraften längre upp, detta skulle vara en stark pekare på förekomsten av ett symmetronfält. Mario Pitschmann från TU Wien, Philippe Brax från CEA nära Paris och Guillaume Pignol från LPSC i Grenoble har beräknat inflytandet av ett symmetronfält på neutronen. Denna effekt, dock, kan inte observeras, trots mätningens extrema noggrannhet.

Precisionen för energidifferensmätningen är cirka 2x10 ^-15 elektron-volt (en siffra är skyldig Gunther Cronenbergs avhandling). Det är den energi som krävs för att lyfta en enda elektron i jordens gravitationsfält ett avstånd på cirka 30 mikrometer, vilket är en ofattbart liten mängd energi.

De ultrakalla neutroner som krävs för experimentet genererades och levererades av Institut Laue-Langevins PF2-instrument. "Med sitt oöverträffade flöde av ultrakalla neutroner, PF2 är praktiskt taget det enda instrumentet som finns för denna typ av högprecisionsmätning vid extremt låga räknehastigheter, "säger Tobias Jenke. Jenke spelade en viktig roll i utvecklingen av TU Wien -experimentet. Han är nu, tillsammans med Peter Geltenbort, ansvarig för Institut Laue-Langevin kall neutronkälla. Österrike är en vetenskaplig medlem av institutet och har därmed tillgång till sina instrumentpaket. Experimentet är ett utmärkt exempel på vetenskapligt samarbete mellan österrikiska och franska forskare.

För tillfället ser saker och ting inte för ljusa ut för symmetronteorin, även om det är för tidigt att helt utesluta deras existens. "Vi har uteslutit en bred parameterdomän:om det fanns några symmetroner med egenskaper i den här domänen hade vi hittat dem." För att stänga de återstående kryphålen, vetenskapen behöver ännu bättre mätningar - eller en stor upptäckt som ger en helt annan lösning på mysteriet med mörk energi.