Nowy sposób wykrywania ciemnej materii

W naszym ostatnim podcaście mieliśmy zaszczyt rozmawiać z Doktor Lucia Hackermüllerprofesor nadzwyczajny na Uniwersytecie w Nottingham i dr. Nathan Cooper, Obaj są badaczami ze stopniem doktora i przodują w pionierskich eksperymentach mających na celu wykrycie ciemnej materii.

Prezentowane przez dr Hackermüllera i Nathana Coopera

Doktor Hackermüller wnikliwie przedstawiła swoją karierę zawodową, począwszy od doktoratu na Uniwersytecie Wiedeńskim pod kierunkiem laureata Nagrody Nobla Antona Zeilingera. „Pracowałam z dużymi cząsteczkami, próbując wprowadzić je w fazę gazową i pokazać interferencję” – powiedziała.

Jej praca podoktorska w grupie Immanuela Blocha dotyczyła ultrazimnych atomów i rozpadających się gazów kwantowych. Obecnie jest profesorem nadzwyczajnym i nadal zgłębia podstawowe zagadnienia kwantowe na Uniwersytecie w Nottingham.

Doktor Nathan Cooper, pracownik naukowy ze stopniem doktora współpracujący z Lucią, specjalizuje się w eksperymentalnych zimnych atomach. Opisał szczegółowo swoją podróż, odnotowując doktorat i krótkie studia podoktorskie na Uniwersytecie w Southampton, zanim dziewięć lat temu dołączył do Nottingham.

Na szczególną uwagę zasługuje także Profesor Claire Burrage Z Wyższej Szkoły Fizyki i Astronomii. Clare to kolejna kluczowa uczestniczka poszukiwań ciemnej materii na Uniwersytecie w Nottingham i centralna postać stojąca za tą koncepcją od strony teoretycznej, na której opiera się praca praktyczna.

Wyzwanie polegające na wykryciu ciemnej materii

Jak wyjaśniła Lucia, ciemna materia „nie oddziałuje ze światłem ani polami elektromagnetycznymi, ale oddziałuje z materią poprzez grawitację, dlatego mamy trudności z jej bezpośrednim wykryciem”. Ta niemożność bezpośredniej obserwacji ciemnej materii skłoniła naukowców do wywnioskowania jej istnienia na podstawie jej wpływu grawitacyjnego na materię widzialną.

„W pewnym sensie lepszym rozwiązaniem, przynajmniej w odbiorze ogółu społeczeństwa, byłoby nie nazywanie jej ciemną materią, ale raczej nazywanie jej anomalną dodatkową grawitacją, ponieważ tylko tyle zaobserwowano do tej pory” – dodał Nathan.

Rozróżnij ciemną materię i antymaterię

Różnica między ciemną materią a antymaterią jest dla wielu częstym powodem do nieporozumień. „Antymateria jest znacznie łatwiejsza do zrozumienia niż ciemna materia” – wyjaśniła Lucia. „Jest zupełnie jak materia, z tą różnicą, że ma przeciwny ładunek. Możemy ją obserwować, mierzyć, a nawet uwięzić. Ciemna materia pozostaje jednak dużym znakiem zapytania”.

Koncepcja ścian domenowych

Ciekawym aspektem badań Łucji i Nathana są ściany domen. Lucia opisała je jako obszary, w których zmienia się wartość pola standardowego, tworząc granice, które mogą uwięzić ciemną materię. „Jeśli zobaczymy odchylenie, wyraźnie wiemy, że mamy do czynienia ze ścianą domeny. Byłby to wyraźny dowód, ponieważ przy pomiarze różnicowym nie mogłoby to być nic innego” – wyjaśniła.

Nathan podkreślił znaczenie stabilizacji tych ścian domen dla swoich eksperymentów: „Ponieważ efekty, które mamy nadzieję zaobserwować, są niewiarygodnie małe, musielibyśmy powtórzyć eksperyment kilka razy i przyjąć średnią, aby zobaczyć systematyczną zmianę”.

Rola ultrazimnych atomów litu

Zespół wykorzystuje ultrazimne atomy litu do odsłonięcia tych tajemniczych ścian domen. „Atomy litu są po prostu bardzo czułą sondą swojego otoczenia” – wyjaśnił Nathan. „Ponieważ w komorze próżniowej są tak zimne i odizolowane, możemy zaobserwować bardzo małe zakłócenia”.

Lucia dodała, że ​​schładzanie atomów pozwala na precyzyjne pomiary: „Gdy gaz jest zimny, nie rozprzestrzenia się tak bardzo, co pomaga nam określić jego lokalizację”.

Innowacyjne zastosowanie komór próżniowych drukowanych w 3D

Kluczowym elementem ich eksperymentu jest specjalnie zaprojektowana komora próżniowa wydrukowana w 3D. Lucia podkreśliła współpracę z teoretykami: „Nasi przyjaciele-teoretycy opracowują ten model i mówią, że warunki brzegowe powinny być takie, a to ustala ściany domeny. Następnie drukujemy te warunki brzegowe za pomocą naszej drukarki 3D”.

Nathan zwrócił także uwagę na praktyczne zalety takiego podejścia: „Dzięki drukowi 3D możemy wykonać komorę próżniową dokładnie tak, jak mówią nam teoretycy, upewniając się, że ściany domeny są stabilne i stabilne”.

Znaczenie pomiarów różnicowych

Zapewnienie dokładności eksperymentów wymaga pomiarów różnicowych. „Najważniejsze, że przeprowadzimy eksperyment różnicowy. Po prostu zmienimy jedną rzecz i szukamy różnicy” – wyjaśnił Nathan.

Lucia szczegółowo wyjaśniła ten proces: „Możemy zbudować dwa systemy próżniowe, jeden z kolcami utrzymującymi ściany domeny, a drugi z płaskimi otworami. Następnie możemy porównać odchylenie chmury zimnych atomów w obu systemach, aby wykryć obecność ciemnych ścian.”

Odkrycie ciemnej materii byłoby rewolucyjne

Potencjalne odkrycie ciemnej materii byłoby wydarzeniem historycznym. Łucja skomentowała: „Jeśli zauważymy odchylenie, wiemy, że mamy ścianę pola. Byłby to wyraźny dowód, ponieważ przy pomiarze różnicowym nie może to być nic innego”.

„Jeśli chodzi o czystą intelektualną ciekawość, ma to kluczowe znaczenie” – dodał Nathan. „Zrozumienie tej części fizyki pozwala nam lepiej zrozumieć resztę fizyki, która ma konsekwencje w świecie rzeczywistym”.

Chociaż praktyczne zastosowania ciemnej materii mogą nie być od razu oczywiste, wiedza zdobyta dzięki takim odkryciom może znacznie poszerzyć naszą wiedzę o Wszechświecie. „Będziemy mogli dowiedzieć się więcej o wszechświecie i rzeczach, które możemy w nim obserwować” – powiedziała krótko Lucia.

Praca doktorów Lucii Hackermüller i Nathana Coopera stanowi kluczowy krok w trwającym dążeniu do rozwikłania tajemnic ciemnej materii. Ich innowacyjne wykorzystanie ultrazimnych atomów, wydrukowanych w 3D komór próżniowych i pomiarów różnicowych podkreśla najnowocześniejsze badania prowadzone na Uniwersytecie w Nottingham.

Kontynuując eksperymenty, społeczność naukowa z niecierpliwością oczekuje potencjalnych odkryć, które mogłyby radykalnie zmienić nasze rozumienie wszechświata. Możesz śledzić ich pracę dalej Strona internetowa Uniwersytetu w Nottingham.