Znajdź zawartość

Międzynarodowy zespół naukowy pracujący przy projekcie GNOME, w skład którego wchodzą uczeni z Polski, Niemiec, Serbii, Izraela, Korei Południowej, Chin, Australii i USA, ogłosił pierwsze wyniki poszukiwań ciemnej materii za pomocą ogólnoświatowej sieci magnetometrów optycznych. We wspomnianych 8 krajach znajduje się 14 magnetometrów, a do obecnie opublikowanej analizy wykorzystano dane z 9 z nich. GNOME to skrót od Global Network of Optical Magnetometers for Exotic Physics Searches. Celem projektu jest wykrycie charakterystycznego sygnału, który powinien być generowany przez pola ciemnej materii. Właśnie opublikowano dane z miesiąca nieprzerwanej pracy GNOME. Co prawda sygnał z ciemnej materii nie został wykryty, jednak pomiary pozwoliły na ściślejsze określenie, w jakich zakresach należy sygnału poszukiwać. Obecnie wiemy, że wiele obserwowanych zjawisk, jak np. prędkość obrotową gwiazd w galaktykach czy spektrum promieniowania tła, można wyjaśnić przyjmując istnienie ciemnej materii. Jednak samej ciemnej materii nie udało się dotychczas wykryć. Niezwykle lekkie cząstki bozonowe to najbardziej obiecujący kandydaci na ciemną materię. Są wśród nich cząstki podobne do aksjonów (ALP). Można je rozpatrywać jako klasyczne pole oscylujące w określonej częstotliwości. Cechą szczególną takich pól bozonowych jest – wedle jednego z teoretycznie możliwych scenariuszy – że mogą tworzyć one pewne wzorce i struktury. To zaś powoduje, że ciemna materia może mieć różną gęstość w różnych miejscach, tworząc na przykład rodzaj ścian mniejszych niż galaktyka, ale większych niż Ziemia, mówi profesor Dmitry Budker z Uniwersytetu Gutenberga z Moguncji. Jeśli taka ściana napotka Ziemię, będzie się przez nią przesuwała i będzie po kolei wykrywana przez poszczególne magnetometry sieci GNOME, generując w nich charakterystyczne sygnały. Co więcej, sygnały te będą ze sobą skorelowane, w zależności od tego, jak szybko ta ściana będzie się przesuwała i kiedy dotrze do poszczególnych magnetometrów, wyjaśnia jeden ze współautorów badań, doktor Arne Wickenbrock. Sygnał w magnetometrach powinien powstać w wyniku interakcji ciemnej materii ze spinem atomów w urządzeniach. Zgromadzone w nich atomy są wzbudzane za pomocą lasera o określonej częstotliwości, dzięki czemu ich spiny zwrócone są w tym samym kierunku. Przechodzące przez magnetometr pole ciemnej materii powinno zaburzyć ułożenie spinów, co można zmierzyć. Hector Masia-Roig, doktorant pracujący w grupie profesora Budkera, porównuje atomy do chaotycznie tańczących osób. Gdy jednak „usłyszą” odpowiednią częstotliwość lasera, atomy koordynują swój taniec. Ciemna materia może wytrącić je z równowagi, a my możemy bardzo precyzyjnie zmierzyć te zaburzenia. Możliwość skorzystania z ogólnoświatowej sieci magnetometrów pozwoli na określenie, co zaburzyło spiny atomów. Gdy bowiem Ziemia będzie przechodziła przez ścianę ciemnej materii, atomy w poszczególnych stacjach będą stopniowo zaburzane. Dopiero gdy porównamy ze sobą sygnały ze wszystkich stacji, będziemy mogli stwierdzić, co je zaburzyło. Wracając do analogii z tańczącymi – będziemy mogli powiedzieć, czy do zaburzenia doszło dlatego, że pojawił się tancerz, który wypadł z rytmu i przeszkadzał innym, czy też było to zjawisko globalne, spowodowane przez ciemną materię. Wspomniane na wstępie pomiary całego miesiąca pracy GNOME pozwoliły na stwierdzenie, że statystycznie znaczący sygnał nie pojawia się w badanym zakresie masy od 1 do 100 000 femtoelektronowoltów (feV). To zaś oznacza, że naukowcy mogą zawęzić obszar poszukiwań masy cząstek ciemnej materii. W przyszłości naukowcy chcą skupić się na udoskonaleniu magnetometrów i metod analizy danych. Głównym celem ich pracy będzie zwiększenie stabilności działania magnetometrów, by mogły pracować dłużej bez przerw. Ponadto wykorzystywane obecnie atomy metali z grupy litowców zostaną zastąpione atomami gazów szlachetnych. Tak udoskonalony Advanced GNOME ma pozwolić na zwiększenie precyzji pomiarów. « powrót do artykułu