Observasjoner av bevegelsen av nøytroner og tungmetallatomer ved ultra-lave temperaturer har vist at de letteste formene for aksjoner, partikler av "lett" mørk materie, ikke kan eksistere i prinsippet, noe som nok en gang kompliserte søket, ifølge en artikkel publisert i tidsskriftet Physical Review X …
Disse resultatene åpner et nytt vindu for leting etter mørk materie. De indikerer at aksjoner i prinsippet ikke kan eksistere i et veldig bredt spekter av masser og energier, noe som merkbart reduserer feltet hvor vi må se etter spor etter dette mystiske stoffet. Vi kan si at søket vårt nå begynner på nytt, sier Nicholas Ayres fra University of Sussex (UK).
I lang tid trodde forskere at universet består av saken som vi ser, og som danner grunnlaget for alle stjerner, sorte hull, tåker, støvklynger og planeter. Men de første observasjonene av stjernenes hastighet i nærliggende galakser viste at stjernene i utkanten deres beveger seg i dem med en umulig høy hastighet, som var omtrent 10 ganger høyere enn beregninger basert på massene til alle stjernene i dem.
Årsaken til dette, ifølge forskere i dag, var den såkalte mørke materien - et mystisk stoff, som utgjør rundt 75% av massen av materie i universet. Typisk har hver galakse omtrent 8-10 ganger mer mørk materie enn sin synlige kusine, og denne mørke saken holder stjernene på plass og forhindrer dem i å spre seg.
I dag er nesten alle forskere overbevist om eksistensen av mørk materie, men dens egenskaper, i tillegg til dens åpenbare gravitasjonspåvirkning på galakser og galakse klynger, er fortsatt et mysterium og et tema for kontrovers blant astrofysikere og kosmologer. I lang tid har forskere antatt at den er sammensatt av superheavy og "kalde" partikler - "wimps" som ikke manifesterer seg på noen måte, bortsett fra ved å tiltrekke seg synlige klynger av materie.
Det mislykkede søket etter "WIMPs" de siste to tiårene har ført til at mange teoretikere tro at mørk materie faktisk kan være "lett og fluffy" og bestå av såkalte aksjoner - ultralette partikler som ligner i masse og egenskaper som nøytrinoer.
Ayres og kollegene oppdaget faktisk ved et uhell at de letteste typer aksjoner, som teoretikere ofte snakker om, ikke kan eksistere i prinsippet, og analyserer resultatene fra CryoEDM-eksperimentet, som er ekstremt langt fra kosmologi og mørk materie.
Dette prosjektet ble ifølge fysikeren lansert for to tiår siden for å måle en av de minste grunnleggende mengdene - nøytrondipolmomentet. Med dette ordet forstår fysikere hvordan områdene med positive og negative ladninger er fordelt inne i nøytronet, og om nøytronet virkelig er en helt elektrisk nøytral partikkel.
Salgsfremmende video:
I CryoEDM prøver fysikere å finne nøytronets dipolmoment ved å observere hvordan en "suppe" av enkeltatomer fra en sjelden isotop av kvikksølv og nøytroner reagerer på brå endringer i retningen og styrken til det elektriske feltet der de befinner seg. Hvis nøytronet har et dipoløyeblikk, vil spinnet "runke" på en spesiell måte når feltet "blar", som kan "sees" ved å observere hvordan polarisasjonen av partikkelen endres.
Ved å analysere dataene som ble oppnådd av CryoEDM-detektorene i løpet av den første perioden av arbeidet, la forskerne merke til at nøyaktigheten til disse observasjonene var så høy at oppførselen til kvikksølv og nøytronatomer ville bli sterkt påvirket av interaksjonen mellom deres subatomære partikler og aksjoner. Med andre ord, hvis aksjoner eksisterer, vil de forårsake en annen type svingning, og deres styrke vil direkte avhenge av massen av mørke materiepartikler.
Som vist ved gjentatt analyse av CryoEDM-data, ble ingenting av den typen observert i oppførselen til kvikksølv og nøytroner, noe som indikerer det grunnleggende fraværet av de letteste versjoner av aksjoner, hvis masse er millioner og titalls milliarder ganger mindre enn for et elektron.
Slike resultater, som Ayrs understreker, utelukker ikke muligheten for eksistens av andre typer aksjoner, men begrenser merkbart feltets størrelse, der deres eksistens forblir akseptabel fra vitenskapens synspunkt. Det er godt mulig at mørk materie ikke består av superheavy eller ultralette partikler som ligner synlig materiale, men har en helt annen karakter, som vi ennå ikke har gjettet, konkluderer forfatterne av artikkelen.
