Znajdź zawartość

Fizycy teoretyczni z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) sądzą, że znaleźli dowód na istnienie aksjonów, teoretycznych cząstek tworzących ciemną materię. Ich zdaniem aksjony mogą być źródłem wysokoenergetycznego promieniowania X otaczającego pewną grupę gwiazd neutronowych. Istnienie aksjonów postulowane jest od lat 70. ubiegłego wieku. Zgodnie z hipotezami mają powstawać one we wnętrzach gwiazd i pod wpływem pola magnetycznego zmieniać się w fotony. Mają też tworzyć ciemną materię, która stanowi 85% masy wszechświata i której istnienia wciąż bezpośrednio nie udowodniono. Widzimy jedynie jej oddziaływanie grawitacyjne na zwykłą materię. Grupa gwiazd neutronowych, o której mówią naukowcy z LBNL to Magnificient 7. Są one świetnym miejscem do testowania obecności akcjonów, gdyż wiadomo, że gwiazdy te posiadają silne pola magnetyczne, są dość blisko siebie – w odległości kilkuset lat świetlnych – i powinny emitować niskoenergetyczne promieniowanie X oraz światło ultrafioletowe. Wiemy, że gwiazdy te są nudne i w tym przypadku jest to dobra cecha, mówi Benjamin Safdi, który stał na czele grupy badawczej. Gdyby Magnificient 7 były pulsarami, to tłumaczyłoby to odkrytą emisję w paśmie X. Jednak pulsarami nie są i żadne znane wyjaśnienie nie pozwala wytłumaczyć rejestrowanej emisji. Jeśli zaś otaczające Magnificient 7 promieniowanie pochodziło ze źródła lub źródeł ukrytych za pulsarami, to byłyby one widoczne w danych uzyskanych z teleskopów kosmicznych XMM-Newton i Chandra. A żadnego takiego źródła nie widać. Dlatego też Safdi i jego współpracownicy uważają, że źródłem są aksjony. Naukowcy nie wykluczają całkowicie, że nadmiar promieniowania można wyjaśnić w innych sposób niż istnieniem aksjonów. Mają jednak nadzieję, że jeśli takie alternatywne wyjaśnienie się pojawi, to również i ono będzie związane ze zjawiskiem wykraczającym poza Model Standardowy. Jesteśmy dość mocno przekonani, że to nadmiarowe promieniowanie istnieje i bardzo mocno przekonani, że mamy tutaj do czynienia z czymś nowym. Gdybyśmy zyskali 100% pewności, że to, co obserwujemy, spowodowane jest obecnością nieznanej cząstki, byłoby to wielkie odkrycie. Zrewolucjonizowałoby to fizykę, mówi Safdi. W tej chwili nie twierdzimy, że odkryliśmy aksjony. Twierdzimy, że dodatkowe promieniowanie X może być wyjaśnione przez aksjony, dodaje doktor Raymond Co z University of Minnesota. Safdi mówi, że kolejnym celem jego badań bądą białe karły. Gwiazdy te również mają bardzo silne pole magnetyczne i powinny być wolne od promieniowania X. Jeśli i tam zauważymy nadmiarowe promieniowanie X, będziemy coraz bardziej przekonani, że znaleźliśmy coś, co wykracza poza Model Standardowy, dodaje uczony. W ostatnim czasie aksjony cieszą się większym zainteresowaniem niż zwykle, gdyż kolejne eksperymenty nie dostarczyły dowodów na istnienie WIMP-ów (słabo oddziałujących masywnych cząstek), które również są kandydatem na cząstki tworzące ciemną materię. Aksjony to cała rodzina cząstek. Mogą istnieć setki cząstek podobnych do aksjonów (ALP) tworzących ciemną materię, a teoria strun pozwala na istnienie wielu typów ALP. « powrót do artykułu

Hiszpańscy naukowcy stworzyli nowy atomowy magnetometr (komagnetometr) do pomiaru precesji spinu. Urządzenie zostanie wykorzystane do poszukiwania aksjonów, hipotetycznych cząstek tworzących ciemną materię. Nowy czujnik wykorzystuje dwa różne stany kwantowe ultrazimnych atomów rubidu. Dzięki temu dochodzi do zniesienia wpływu zewnętrznych pól magnetycznych, co pozwala naukowcom skupić się na egzotycznych interakcjach zależnych od spinu. Niektóre z hipotez dotyczących ciemnej materii mówią o istnieniu aksjonów, hipotetycznych cząstek zaproponowanych w latach 70., które pozwalają rozwiązać problemy odnoszące się do chromodynamiki kwantowej. Jeśli aksjony istnieją, to mogą pośredniczych w egzotycznych interakcjach pomiędzy spinami. Interakcje takie powinny być słabe, ale – przynajmniej teoretycznie – można je zmierzyć za pomocą specjalnego atomowego magnetometru zawierającego znajdujące się w tym samym miejscu dwa różne wykrywacze pola magnetycznego. Urządzenie takie jest tak dostrojone, by znosić wpływ zewnętrznych pół magnetycznych w obu detektorach. Zatem pojawiające się tam sygnały powinny pochodzić z interakcji spinów mających miejsce w samym detektorze. Nowy rodzaj czujnika opracowali naukowcy z Instytutu Nauk Fotonicznych w Barcelonie (Institut de Ciències Fotòniques): Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes, Silvana Placios i Morgan Mitchell. Wykorzystali przy tym atomy rubidu-87, których spiny znajdują się w dwóch różnych stanach i różnie reagują na pola magnetyczne. Wspomniane atomy zostały schłodzone niemal do zera absolutnego i tworzą kondensat Bosego-Einsteina. Gdy atomy znajdują się w tym stanie, istnieje niewielkie ryzyko,że interakcje zostaną zakłócone przez czynniki termicnze. To zaś oznacza, że przez kilkanaście sekund spin atomów w sposób spójny reaguje na interakcje spinów. Jako, że sam kondensat zajmuje niewiele przestrzeni, zaledwie 10 mikronów średnicy, zwiększa to czułość urządzenia i pozwala badać interakcje pomiędzy aksjonami odbywające się na niewielkiej przestrzeni. Reakcja spinów na pole magnetyczne jest mierzona za pomocą spolaryzowanego światła i sprawdzaniu, w jaki sposób zmieniła się jego polaryzacja. Porównanie wyników z dwóch różnych spinów pozwala na usunięcie wpływu zewnętrznych pól magnetycznych. Pozostaje wówczas tylko wpływ wewnętrzny, wywoływany przez aksjony. Dotychczas nowy magnetometr nie wykazał istnienia aksjonów. Udało się jednak udowodnić, że jest on wysoce odporny na zakłócenia ze strony zewnętrznych pól magnetycznych. To zaś oznacza, że może pracować wraz z innymi magnetometrami używanymi do poszukiwania aksjonów. « powrót do artykułu

Naukowcy pracujący przy Axion Dark Matter Experiment (ADMX) opublikowali nowe wyniki badań, z których wynika, że ADMX jest pierwszym i jedynym jak dotychczas projektem naukowym, który jest na tyle czuły, by zarejestrować ślady aksjonów. Koncepcja istnienia aksjonów pojawiła się przed 40 laty. Są to hipotetyczne cząstki, które mogą tworzyć ciemną materię. Nie można odkryć ich bezpośrednio, ale zaobserwowanie ich ma być możliwe dzięki efektowi Primakoffa. Najnowsze dane, uzyskane z drugiej kampanii badawczej ADMS, pozwoliły określić niewielki zakres częstotliwości, w których należy poszukiwać aksjonów. To początek prawdziwego polowania na aksjony. Jeśli aksjony ciemnej materii istnieją w określonych częstotliwościach, które będziemy przez najbliższe lata badali, to ich znalezienie jest tylko kwestią czasu, mówi Andrew Sonnenschein z Fermilat. ADMX to rodzaj dużego odbiornika radiowego, składającego się z wnęki, w której panują bardzo niskie temperatury i silne pole magnetyczne. W takich warunkach, jak przewiduje teoria, aksjon rozpada się na 2 fotony z części mikrofalowej widma elektrycznego. Zarejestrowanie takich fotonów będzie dowodem na istnienie aksjonów. W czasie pierwszej kampanii badawczej możliwości ADMX były ograniczone przez zakłócenia powodowane przez promieniowanie cieplna i elektronikę urządzenia. O ile poradzenie sobie z promieniowaniem cieplnym nie było trudno, to wyciszenie pracy elektroniki okazało się prawdziwym wyzwaniem. Naukowcy z ADMX poprosili o pomoc profesora Johna Clarke'a z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który na ich potrzeby zaprojektował wzmacniacz kwantowy. Generuje on znacznie mniej zakłóceń niż wcześniej używane urządzenia i daje gwarancję, że jeśli każdy zarejestrowany sygnał będzie silny i czysty. W poprzedniej wersji ADMX, w której wykorzystywaliśmy wzmacniacze bazujące na tranzystorach, potrzebowalibyśmy setek lat by przeskanować częstotliwości, w którym mogą występować aksjony. Dzięki nowym nadprzewodzącym czujnikom możemy to zrobić w ciągu kilku lat, mówi Gianpaolo Carosi, rzecznik prasowy ADMS. Mamy odpowiednią czułość i szansą na odkrycie aksjonów. Nie potrzebujemy żadnej nowej technologii. Już nie potrzebujemy cudu. Potrzebujemy tylko czasu, dodaje profesor Leslie Rosenberg z University of Washington. Dzięki zwiększeniu czułości ADMX będzie mógł w rozsądnym czasie przeskanować miliony częstotliwości. Jeśli aksjony zostaną odnalezione, pozwoli to na wyjaśnienie wielu zagadek dotyczących ciemnej materii i nie tylko Jeśli zaś aksjony nie zostaną zarejestrowane, teoretycy będą musieli poszukać innych możliwych wyjaśnień dotyczących budowy wszechświata. « powrót do artykułu