یک مطالعه جدید: شاید ماده تاریک یک فرکانس باشد!

دانشمندان ممکن است به لطف نوع جدیدی از آشکارساز که مانند یک “رادیو ماشین کیهانی” عمل می‌کند، تنها ۱۵ سال با شناسایی نهایی ماده تاریک فاصله داشته باشند. این دستگاه که برای دریافت فرکانس گریزان آکسیون‌ها – ذرات فرضی که تصور می‌شود ماده تاریک را تشکیل می‌دهند – طراحی شده است، می‌تواند به گشودن یکی از بزرگترین اسرار جهان کمک کند. محققان با در اختیار داشتن مواد و فناوری‌های پیشگامانه، معتقدند که اکنون فقط مسئله مقیاس، دقت و صبر است.

ابزاری جسورانه و جدید برای یافتن ماده تاریک!

دانشمندان نوع جدیدی از آشکارساز – که با نام مستعار “رادیو کیهانی” شناخته می‌شود – را توسعه داده‌اند که می‌تواند به شناسایی ماده تاریک در ۱۵ سال آینده کمک کند.

در مطالعه‌ای که در ۱۶ آوریل در مجله Nature منتشر شد، محققانی از کینگز کالج لندن، دانشگاه هاروارد، دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و سایر مؤسسات، پایه‌های چیزی را فاش کردند که به اعتقاد آنها می‌تواند دقیق‌ترین آشکارساز ماده تاریک تا به امروز باشد.

ماده تاریک شکل نامرئی ماده است که ممکن است تا ۸۵ درصد از جرم جهان را تشکیل دهد. در حالی‌که وجود آن از اثرات گرانشی بر ستارگان و کهکشان‌ها استنباط می‌شود، ماهیت واقعی آن ناشناخته باقی مانده است.

یکی از نامزدهای اصلی ماده تاریک، ذره‌ای فرضی به نام آکسیون است. تصور می‌شود این ذرات بسیار سبک هستند و فقط به طور ضعیف با ماده معمولی تعامل دارند، که تشخیص آنها را فوق العاده دشوار می‌کند.

تنظیم بر روی فرکانس‌های پنهان جهان

اعتقاد بر این است که آکسیون‌ها مانند امواج رفتار می‌کنند و می‌توانند در جایی در طیف الکترومغناطیسی وجود داشته باشند. با این حال، دانشمندان هنوز فرکانس دقیق آنها را نمی‌دانند. نظریه‌ها نشان می‌دهند که فرکانس‌های آکسیون می‌توانند دامنه وسیعی را شامل شوند – از محدوده کیلوهرتز (قابل شنیدن برای انسان) تا محدوده بسیار بالاتر تراهِرتز.

مطالعه جدید یک آشکارساز را پیشنهاد می‌کند که شبیه یک رادیو ماشین کیهانی طراحی شده است تا فرکانس آکسیون را “تنظیم” کند. این دستگاه از یک ماده خاص برای تولید چیزی استفاده می‌کند که محققان آن را یک شبه‌ذره آکسیونی (AQ) می‌نامند. در صورت موفقیت، این امر می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد تا آکسیون‌ها را شناسایی کنند – و به طور بالقوه ماهیت ماده تاریک را تأیید کنند – در طی یک دهه و نیم آینده.

پایگاه شنود پیشرفته در فضا

AQ به گونه‌ای طراحی شده است که فرکانس آن می‌تواند به فضا منتقل شود، فرکانسی که با فرکانس آکسیون مطابقت خواهد داشت. هنگامی که آن فرکانس را شناسایی و “تنظیم” کند، مقادیر بسیار کمی نور ساطع می‌کند. AQ در بالاترین فرکانس‌های تراهِرتز عمل می‌کند، که بسیاری از محققان معتقدند امیدوارکننده‌ترین مکان برای جستجوی آکسیون‌ها است.

دکتر دیوید مارش، محقق ارنست رادرفورد در کینگز کالج لندن و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت:

ما اکنون می‌توانیم یک آشکارساز ماده تاریک بسازیم که اساساً یک رادیو ماشین کیهانی است که فرکانس‌های کهکشان وسیع‌تر را تنظیم می‌کند تا زمانی‌که آکسیون را پیدا کنیم. ما در حال حاضر این فناوری را داریم، اکنون فقط مسئله مقیاس و زمان است.

ساخت آشکارسازی که می‌تواند همه چیز را تغییر دهد

این تیم معتقد است که با ساخت قطعه بسیار بزرگتری از مواد AQ، می‌توانند یک آشکارساز کاربردی را در پنج سال بسازند. پس از آن، تخمین می‌زنند که یک دهه دیگر طول می‌کشد تا طیف فرکانس‌های بالایی را که تصور می‌شود ماده تاریک در آن پنهان شده است، اسکن کنند تا آن را پیدا کنند.

محققان برای ایجاد شبه‌ذرات، از تلورید بیسموت منگنز (MnBi₂Te₄) استفاده کردند، ماده‌ای که به دلیل خواص الکترونیکی و مغناطیسی منحصر به فردش شناخته شده است. این ماده به چند لایه دو بعدی از مواد که روی هم قرار گرفته‌اند، تراشیده شد.

جیان-شیانگ کیو، نویسنده اصلی این مقاله از دانشگاه هاروارد، که این ماده را طی شش سال گذشته در آزمایشگاه توسعه داده است، گفت:

از آنجایی که MnBi₂Te₄ به هوا بسیار حساس است، ما مجبور شدیم آن را تا چند لایه اتمی جدا کنیم تا خواص آن را به طور دقیق تنظیم کنیم. این بدان معناست که ما می‌توانیم این نوع فیزیک جالب را ببینیم و نحوه تعامل آن با سایر موجودات کوانتومی مانند آکسیون را مشاهده کنیم.

آخرین مرحله در یک شکار ۴۰ ساله

دکتر مارش افزود:

این زمان واقعاً هیجان‌انگیزی برای محققان ماده تاریک است. اکنون به اندازه مقالاتی که یک سال قبل از کشف بوزون هیگز در مورد آن منتشر می‌شد، مقاله در مورد آکسیون‌ها منتشر می‌شود. نظریه‌پردازان در سال ۱۹۸۳ پیشنهاد کردند که آکسیون‌ها مانند یک فرکانس رادیویی عمل می‌کنند، و ما اکنون می‌دانیم که می‌توانیم آن را تنظیم کنیم – ما به سرعت به آکسیون نزدیک می‌شویم.

منبع: Scitechdaily