Materia Oscura: El nuevo detector buscará partículas «extremadamente ligeras».

Los astrónomos tienen un problema. Las estrellas y las galaxias bailan al son de melodías impredecibles, y sus movimientos aparentemente están gobernados por seis veces la materia que se puede ver. Los científicos creen que el universo está lleno de algún tipo de… Materia oscura Lo cual supera con creces la cantidad de materia ordinaria. Sólo hay un problema: no hay evidencia directa de la existencia de materia oscura.

Durante los últimos 50 años, los físicos han intentado detectar la materia oscura, pero sin éxito. Se han considerado muchas opciones, desde partículas subatómicas hasta agujeros negros invisibles. Durante las últimas décadas, la comunidad de física teórica ha favorecido la idea de que la materia oscura está formada por partículas estables con masas que van desde un protón hasta unos pocos miles de veces más.

Sin embargo, un grupo de físicos del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi y de la Universidad de Chicago he explorado Gama de bloques muy diferente. Estos científicos están buscando partículas de materia oscura que sean billones o incluso billones de veces más ligeras que las búsquedas convencionales.

Materia oscura muy clara

Físicos de pan La colaboración (Experimento de reflector de banda ancha para la detección de axiones) busca materia oscura extremadamente ligera. Estos investigadores están buscando dos clases de partículas que la comunidad teórica ha sugerido que existen pero que aún no se han observado.

La primera partícula se llama «fotón oscuro«, que puede interactuar con partículas de materia oscura del mismo modo que los fotones ordinarios interactúan con la materia ordinaria. Sin embargo, si existieran fotones de materia oscura, no interactuarían directamente con la materia ordinaria, del mismo modo que los fotones ordinarios no interactúan con la materia oscura.

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Sin embargo, mediante una peculiaridad de la mecánica cuántica, es posible que los fotones oscuros se transformen en fotones regulares, aunque tal transformación sería poco común.

a diferencia de, Axiones Se cree que desempeña un papel diferente. En la teoría aceptada del mundo cuántico, la fuerza nuclear débil interactúa de manera muy diferente con la materia y la antimateria. no hay A priori La razón por la cual la fuerza nuclear fuerte tampoco puede manejar la materia y la antimateria de manera diferente. Sin embargo, la evidencia experimental sugiere firmemente que no existe asimetría en la forma en que la fuerza nuclear fuerte trata con la materia y la antimateria. Se ha propuesto la teoría del axión como explicación para esta sorprendente observación. (Nota: la fuerza nuclear fuerte mantiene unidos los núcleos de los átomos y la fuerza nuclear débil estimula algunas formas de radiactividad).

La tecnología de detección de BREAD se basa en materia oscura o axones que interactúan con una pared metálica y emiten fotones ordinarios perpendiculares al metal. Una vez creados, estos fotones ordinarios se pueden detectar utilizando tecnología convencional. Estos fotones no son necesariamente luz visible, pero en principio podrían ser de cualquier frecuencia del espectro electromagnético. en los últimos días Publicaciónlos investigadores informaron el resultado solo para buscar fotones oscuros buscando una clase específica de microondas.

Los investigadores de BREAD diseñaron un receptor de radio sensible y lo utilizaron para escanear un rango de 10,7 a 12,5 GHz. En teoría, esto es similar a escanear frecuencias con la radio de un automóvil e intentar encontrar una estación de transmisión. Si los fotones oscuros se convirtieran en fotones normales en este rango de frecuencia, los investigadores habrían observado un salto en la señal a una determinada frecuencia.

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No se observó ninguna señal, pero los investigadores pudieron limitar la presencia de fotones oscuros en el rango de masa de 44 a 52 microelectronvoltios (μeV), muy por debajo del rango de búsquedas tradicionales de materia oscura. El nuevo detector era 10.000 veces más sensible que las mediciones anteriores en este rango de masa.

Experimentos futuros

Aunque este logro es significativo, esta versión del detector BREAD es simplemente un dispositivo que demuestra que el enfoque experimental es viable. Los investigadores están diseñando un dispositivo de seguimiento que se espera que aumente drásticamente la sensibilidad y el rango de masa que puede detectar.

Mientras este proceso está en marcha, los investigadores utilizan el dispositivo existente para realizar una búsqueda similar de los ejes. La tecnología de detección es similar, pero se espera que los axones se conviertan en fotones ordinarios cuando se colocan en un campo magnético fuerte. El potenciómetro actual utiliza un imán de 4 Tesla ubicado en el Laboratorio Nacional Argonne. Nuevamente, si bien se espera que este esfuerzo logre un rendimiento récord, se espera que lleguen al Fermilab imanes más grandes y más fuertes, lo que mejorará aún más las capacidades de colaboración.

La materia oscura, si existe, es una sustancia esquiva que proporciona poca orientación experimental sobre las propiedades de la materia. Las estimaciones teóricas de la masa de partículas individuales de materia oscura van desde una millonésima parte de la masa de un electrón hasta hasta 100 veces la masa del Sol. Si bien los experimentos han descartado partes de esta enorme variedad de masas, grandes porciones siguen sin explorarse. La colaboración BREAD espera ganar un papel de liderazgo en la región de baja masa.

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