Kieszonkowy magnetar wykryje ciemną materię

Kieszonkowy magnetar wykryje ciemną materię

Fizycy MIT proponują nowy eksperyment, aby wykryć aksjony – cząstki ciemnej materii. Jeśli eksperyment się powiedzie, to mógłby wyjaśnić jedną z najbardziej kłopotliwych tajemnic fizyki cząstek.

Aksjony są hipotetycznymi cząstkami elementarnymi, uważanymi za jedne z najlżejszych cząstek we wszechświecie. Te ultralekkie cząstki są praktycznie niewidoczne, ale jeśli istnieją, to mogą stanowić 80 procent masy Wszechświata w postaci ciemnej materii.
W artykule opublikowanym online w Physical Review Letters, zespół MIT proponuje dokonać próby wykrycia aksjonów symulując ekstremalny obiekt kosmiczny znany magnetarem czyli rodzajem gwiazdy neutronowej, która generuje niezwykle silne pole magnetyczne. Fizycy uznał, że w obecności aksjonów takie ogromne pole magnetyczne powinno się się delikatnie „rozhuśtać”, tworząc drugie, znacznie słabsze pole magnetycznego – znak istnienia aksjonów.
Zespół złożony z prof. Jesse Thaler, Benjamina Safdi z MIT i dr Yonatana Kahna z Uniwersytetu w Princeton zaprojektował urządzenie odtwarzające fizykę magnetara w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym, stosując technologię zapożyczoną z rezonansu magnetycznego (MRI).
Głównym elementem urządzenia jest torus z szeregiem cewek magnetycznych nawiniętych na niego, które następnie umieszczono w warstwie nadprzewodzącego metalu w temperaturze tuż powyżej zera absolutnego, aby zminimalizować zewnętrzne zakłócenia. W celu wykrycia wszelkich oznak wpływu aksjonów naukowcy planują użyć magnetometru wysokiej czułości, umieszczonego wewnątrz otworu torusa. Jak na Amerykanów przystało badacze nazwali urządzenie dość osobliwie a mianowicie: ABRACADABRA (ang. A Broadband/Resonant Approach to Cosmic Axion Detection with an Amplifying B-field Ring Apparatus).
ABRACADABRA
„Aksjony są bardzo dziwnymi cząstkami, i niezachowującymi się zgodnie z naszą intuicją” mówi Thaler. „Są bardzo lekkie, bardzo słabo oddziałują, a jednak te właśnie cząstki mogą zdominować materię wszechświata i być pięć razy bardziej masywne od zwykłej materii. Tak naprawdę ciągle zastanawiamy się, czy te cząstki są w ogóle wykrywalne za pomocą dzisiaj dostępnych technologii”.

Kuszące cząstki

Jak wspomniałem wcześniej planowany eksperyment ma szanse rozwiązać jeden z podstawowych problemów fizyki a mianowicie problem: łamania symetrii CP. Symetria CP dotyczy sytuacji, gdy w obiekcie złożony z ładunków o przeciwnym znaku zamieniamy je wszystkie miejscami (symetria C – charged) a jednocześnie dokonujemy odbicia lustrzanego (P – parity). Jeśli symetria występuje, to takie przekształcenie nie powinno zmienić fizyki. Chromodynamika kwantowa przewiduje, że symetria CP jest złamana podczas oddziaływań silnych (tych które utrzymują w całości protony i neutrony oraz jądra atomowe). Problem w tym, że nie obserwujemy łamania tej symetrii. Przykładem może być zupełnie nienaładowana cząstka jaką jest neutron. Mimo, że nie wykazuje on ładunku wykazuje moment elektryczny dipolowy. Nie można przyśpieszać neutronów w polu elektrycznym, ale teoretycznie można je obracać. Okazuje się jednak, że w rzeczywistości nie można tego zrobić tak, jakby coś usuwało moment dipolowy neutronu. Naukowcy przypuszczają, ze mogą to być aksjony. Jeśli tak jest, to cząstki te potrafią modyfikować właściwości elektromagnetyczne w różnych zjawiskach a to można by wykrywać eksperymentalnie.

Polowanie rozpoczęte

Za pomocą urządzenia mieszczącego się na dłoni naukowcy mają zamiar wytworzyć pole magnetyczne o natężeniu 1 Tesli, czyli takim, jakie wytwarzamy w urządzeniach rezonansu magnetycznego. Ukryty wewnątrz torusu bardzo czuły magnetometr ma na celu wykryć oscylacje pola magnetycznego wywołane przez akjony. Całe urządzenie jest dostrojone do wykrywania aksjonów o masie 1/1018 masy protonu.

Odpowiedz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *