Två teoretiska fysiker vid University of California, Davis har en ny kandidat för mörk materia, och ett möjligt sätt att upptäcka det. De presenterade sitt arbete den 6 juni på Planck 2019 -konferensen i Granada, Spanien och det har lämnats in för publicering.

Mörk materia tros utgöra drygt en fjärdedel av vårt universum, med det mesta av resten är ännu mer mystisk mörk energi. Det går inte att se direkt, men mörk materiens närvaro kan detekteras eftersom dess gravitation bestämmer formen på avlägsna galaxer och andra föremål.

Många fysiker tror att mörk materia består av en partikel som ännu inte har upptäckts. För en tid, favoritkandidaten har varit Weakly Interacting Massive Particle eller WIMP. Men trots år av ansträngning, WIMP har hittills inte dykt upp i experiment för att upptäcka dem.

"Vi vet fortfarande inte vad mörk materia är, "sa John Terning, professor i fysik vid UC Davis och medförfattare på tidningen. "Huvudkandidaten under lång tid var WIMP, men det ser ut som att det är nästan helt uteslutet. "

Ett alternativ till WIMP -modellen för mörk materia kräver en form av "mörk elektromagnetism" inklusive "mörka fotoner" och andra partiklar. Mörka fotoner skulle ha en svag koppling med "vanliga" fotoner.

I deras nya tidning, Terning och postdoktor Christopher Verhaaren lägger en vridning till denna idé:en mörk magnetisk "monopol" som skulle interagera med den mörka fotonen.

I den makroskopiska världen, magneter har alltid två poler, norr och söder. En monopol är en partikel som fungerar som ena änden av en magnet. Monopoler förutspås av kvantteori, men har aldrig observerats i ett experiment. Forskarna föreslår att mörka monopoler skulle interagera med mörka fotoner och mörka elektroner på samma sätt som teorin förutsäger elektroner och fotoner interagerar med monopoler.

Ett nytt sätt att upptäcka mörk materia

Och det innebär ett sätt att upptäcka dessa mörka partiklar. Fysikern Paul Dirac förutspådde att en elektron som rör sig i en cirkel nära en monopol skulle få en fasändring i sin vågfunktion. Eftersom elektroner finns som både partiklar och vågor i kvantteorin, samma elektron kan passera på vardera sidan av monopolen och som ett resultat vara något ur fas på andra sidan.

Detta störningsmönster, kallade Aharonov-Bohm-effekten, betyder att en elektron som passerar runt ett magnetfält påverkas av den, även om den inte passerar genom fältet själv.

Terning och Verhaaren hävdar att du kan upptäcka en mörk monopol på grund av hur den skiftar elektronfasen när de passerar.

"Det här är en ny typ av mörk materia men det kommer också med ett nytt sätt att leta efter det, Sa Terning.

Elektronstrålar är relativt lätta att få tag på:elektronmikroskop användes för att demonstrera Aharonov-Bohm-effekten på 1960-talet, och elektronstråltekniken har förbättrats med tiden, Terning noterat.

Teoretiskt sett partiklar av mörk materia strömmar genom oss hela tiden. För att vara detekterbar i Terning och Verhaarens modell, monopolerna måste bli upphetsade av solen. Sedan skulle de ta ungefär en månad att nå jorden, resa med ungefär en tusendel av ljusets hastighet.

Å andra sidan, det förutspådda fasskiftet är extremt litet - mindre än det som behövs för att detektera gravitationens vågor, till exempel. Dock, Terning noterade att när LIGO gravitationsexperiment för första gången föreslogs, tekniken för att få det att fungera fanns inte - istället tekniken kom ikapp med tiden.