I nästan ett sekel, astronomer har antagit att universum innehåller mer materia än vad som kan observeras av det mänskliga ögat. Man tror nu att cirka 80 procent av universums massa består av en typ av materia som inte avger ljus eller energi och att forskare fortfarande inte kan observera direkt, kallas mörk materia.

Medan det nu finns otaliga studier och teorier om mörk materia, det finns fortfarande inga direkta experimentella bevis som stöder dess existens. Flera fysiker har försökt hitta metoder för att upptäcka mörk materia i universum, men alla dessa har hittills misslyckats.

Under de senaste decennierna, forskare har börjat undra hur mörk materia kan upptäckas, speciellt med tanke på att den består av partiklar som är mycket lättare än protoner. En modell som har fått stor uppmärksamhet är en som betraktar mörk materia som en partikel som har en mycket liten laddning under normal elektromagnetism.

Inspiration från denna modell, Forskare vid SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien har nyligen utarbetat en ny strategi som direkt kan detektera mörk materia av ljus partikel som har långvariga interaktioner med vanlig materia. Strategin de kom med, presenteras i en tidning publicerad i Fysiska granskningsbrev , innebär förvrängning av det lokala flödet av mörk materia med tidsvarierande fält och mätning av dessa snedvridningar med hjälp av skärmade resonansdetektorer.

"Än så länge, de flesta idéer om hur man upptäcker mörk materia partiklar har förlitat sig på att försöka upptäcka små energiavsättningar från mörk materia som sprids i en mycket känslig detektor, "Asher Berlin, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Mina medarbetare och jag insåg nyligen att det finns en alternativ detekteringsmekanism:Istället för att vänta på att mörk materia ska deponera en liten mängd energi i en detektor via spridning, det är möjligt att direkt manipulera banorna för individuella mörk materiepartiklar, sätta upp störningar som sedan kan mätas med mycket känsliga resonansdetektorer, liknar vanliga radioapparater."

I motsats till de flesta strategier för att upptäcka mörk materia som introducerats i tidigare studier, den nya strategin som föreslås av Berlin och hans kollegor drar fördel av den "kollektiva" effekt som många individuella mörk materia partiklar kan producera, snarare än effekten som härrör från en enda mörk materiepartikel. Som ett resultat, deras detektionsmetod drar nytta av den lilla massan/momentet av ljus mörk materia, speciellt om man jämför med tekniker som försöker mäta spridning av mörk materia i en detektor, vilket vanligtvis är mycket mer utmanande om partiklarna av mörk materia är mycket ljusa.

"Vi har identifierat ett potentiellt lovande alternativ för att detektera sub-MeV partikelliknande mörk materia utan att förlita oss på energiavlagring från spridning, " förklarade Berlin. "Vid denna punkt, någon ny idé, inklusive vår, kan öppna möjligheten att framgångsrikt upptäcka partiklar av mörk materia. "

I deras tidning, Berlin och hans kollegor tillämpade teoretiskt sitt nyutvecklade detektionsschema på sub-MeV mörk materiepartiklar med mycket små elektriska laddningar eller som är kopplade till en ljusvektormediator. Deras analyser tyder på att deras tillvägagångssätt kan undersöka massor av mörk materia som sträcker sig mellan 10 MeV och under en meV, därmed potentiellt nå utöver vad tidigare teorier och upptäcktsinsatser har uppnått.

Även om strategin som utarbetats av forskarna verkar lovande, det är fortfarande bara teoretiskt. Under de kommande åren, dock, deras arbete skulle kunna informera utvecklingen av nya verktyg för att detektera mörk materia partiklar, vilket i slutändan skulle hjälpa till att fastställa giltigheten och eventuella begränsningar av deras tillvägagångssätt.

"I framtiden, vi planerar att samarbeta med experimentalister som är intresserade av att faktiskt bygga en sådan detektor, "Vi planerar också att undersöka relaterade detektionsidéer för andra möjliga mörk materia partiklar som har olika typer av interaktioner med normal materia."

© 2020 Science X Network