Fysiker vid Stockholms universitet och Max Planck Institute for Physics har vänt sig till plasma i ett förslag som kan revolutionera sökandet efter den svårfångade mörka materien.

Mörk materia utgör 85 procent av materien i universum. Ursprungligen introducerad för att förklara varför den starka kraften, som håller ihop protoner och neutroner, är samma bakåt och framåt i tiden, den så kallade axionen skulle ge en naturlig förklaring till mörk materia. I stället för diskreta partiklar, axion mörk materia skulle bilda en genomgripande våg som flödar genom rymden.

Axionen är en av de bästa förklaringarna till mörk materia, men har nyligen varit i fokus för storskalig experimentell insats. Nu, det är bråttom att komma med nya idéer för att hitta axionen i alla områden där det kan gömma sig.

"Att hitta axionen är lite som att ställa in en radio:Du måste ställa in din antenn tills du får rätt frekvens. I stället för musik, experimentister skulle belönas med att 'höra' den mörka materia som jorden färdas genom. Trots att den är väl motiverad, axioner har försummats experimentellt under de tre decennierna sedan de namngavs av medförfattaren Frank Wilczek, "säger Dr Alexander Millar vid Institutionen för fysik, Stockholms universitet, och författare till studien.

Den viktigaste insikten i forskargruppens nya studie är att inne i ett magnetfält, axioner skulle generera ett litet elektriskt fält som kan användas för att driva svängningar i plasma. I en plasma, laddade partiklar som elektroner kan flöda fritt som en vätska. Dessa svängningar förstärker signalen, vilket leder till en bättre "axionradio". Till skillnad från traditionella experiment baserade på resonanshålor, det finns nästan ingen gräns för hur stora dessa plasma kan vara, vilket ger en större signal. Skillnaden är ungefär som skillnaden mellan en walkie talkie och ett radiosändningstorn.

"Utan den kalla plasma, axioner kan inte effektivt omvandlas till ljus. Plasma spelar en dubbel roll, både skapa en miljö som möjliggör effektiv konvertering, och tillhandahålla en resonansplasmon för att samla energi från den omvandlade mörka materien, "säger Dr Matthew Lawson, Postdoktor vid Institutionen för fysik, Stockholms universitet, också författare till studien.

"Detta är helt ett nytt sätt att leta efter mörk materia, och kommer att hjälpa oss att leta efter en av de starkaste kandidaterna för mörk materia inom områden som helt är outforskade. Genom att bygga en avstämbar plasma skulle vi kunna göra mycket större experiment än traditionella tekniker, ger mycket starkare signaler vid höga frekvenser, "säger doktor Alexander Millar.

För att ställa in denna "axionradio, "författarna föreslår att man använder något som kallas ett" trådmetamaterial, "ett system av trådar tunnare än hår som kan flyttas för att ändra den karakteristiska frekvensen av plasma. Inuti en stor, kraftfull magnet, liknande dem som används i magnetresonansmaskiner på sjukhus, ett trådmetamaterial förvandlas till en mycket känslig axionradio.

I nära samarbete med forskarna, en experimentgrupp i Berkeley har forskat och utvecklat konceptet med avsikt att bygga ett sådant experiment inom en snar framtid.

"Plasmahaloskop är en av få idéer för att söka efter axioner i detta parameterutrymme. Det faktum att försöksgemenskapen har fastnat på denna idé så snabbt är mycket spännande och lovande för att bygga ett fullskaligt experiment, "säger doktor Alexander Millar.