Materien omger oss dag och natt i alla dess former - träd, hus, möbel, och även luften vi andas. Men, enligt fysiker, den synliga materia som vi känner till kanske bara står för ungefär 20 procent av allt material i universum. Enligt nuvarande teori, så mycket som 80 procent kan vara mörk materia. Detta påstående är baserat på flera observationer, en av dessa är att stjärnor och galaxer roterar mycket snabbare än de skulle göra om det bara fanns "normal" materia i universum.

Mörk materia kan vara gjord av axioner

Över tid, Forskare har utvecklat olika teorier för att förklara exakt vad denna mystiska mörka materia kan vara gjord av. Bland de potentiella kandidaterna som kommer i fråga är svagt interagerande massiva partiklar eller WIMP. Forskare har ägnat många år åt att försöka jaga dessa med partikeldetektorer, ännu utan framgång. Många år sedan, dock, forskare föreslog ett alternativ - en klass av partiklar som kallas axioner, som är betydligt lättare än andra partiklar. Enligt teorin, fältet för dessa partiklar oscillerar, vilket gör att det varierar kontinuerligt. Frekvensen för denna svängning är proportionell mot partiklarnas massa, och, eftersom detta är extremt lågt, frekvensen måste också vara låg. Men ingen vet ännu om så är fallet. Problemet är att fältsvängningen är lika sannolikt att gå igenom en hel cykel en gång om året som en biljon gånger per sekund.

Upptäcker axioner med hjälp av kärnspinnbyte

Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har nu hittat ett sätt att detektera axioner med hjälp av programmet Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr). "Vi utnyttjar potentialen för kärnmagnetisk resonans, " förklarade professor Dmitry Budker vid Institutet för fysik vid JGU och Helmholtz-institutet Mainz. "Detta betyder att vi kan identifiera spinn av kärnor i molekyler, eller, mer specifikt i vårt fall, i kolisotopen C13 och väte. "Grundantagandet är att mörk materia kan påverka kärnornas snurr, vilket ger forskare ett sätt att spåra det. Snurret, dock, kan också påverkas av jordens magnetfält. Forskarna använder sofistikerad skärmning för att undertrycka magnetfältet; dock, även den bästa avskärmningen i ofullkomlighet. Fysikerna måste därför avgöra vilken andel av de observerade spinnförändringarna som beror på mörk materia och vilka på jordens magnetfält. Detta ledde forskargruppen att utveckla sin nya komagnetometerkonfiguration. Principen bakom tekniken är det faktum att molekyler i allmänhet innehåller olika sorters atomkärnor. Eftersom de olika kärnorna kommer att reagera på magnetfältet och mörk materia i olika utsträckning, det är möjligt att skilja mellan dessa influenser.

En del av det möjliga frekvensområdet har nu undersökts

Teamet vid Mainz University har nu kammat igenom frekvensintervallet från några få svängningar per år upp till 18 svängningar per timme - än så länge, utan att hitta bevis för effekten av mörk materia. "Det är snarare som att leta efter en förlorad ring i en stor trädgård, "sa Budker." Vi har redan sökt en del av trädgården, så vi vet nu att det är här ringen – axionen – inte finns. Detta har gjort det möjligt för oss att avsevärt begränsa intervallet där vi hoppas hitta axionen, och vi kan nu fokusera vår sökning på andra intervall. "