Dark Matter Hurricane giver bedre chance for at identificere aksionpartikler

Heads up, vi er i en orkan, vi kan ikke se. Dens supermagt af usynlighed stammer fra den kendsgerning, at den er lavet af mørkt stof.

Og astropartikelfysikere fandt en glimrende brug for denne usynlige rum orkan: løse mysteriet om, hvad der udgør det mystiske stof. I et papir udgivet 7. november i tidsskriftet Fysikanmeldelse D forskere fra Universidad de Zaragoza, King's College London og Storbritanniens Institut for Astronomi forudser større chancer for at identificere mørkt materiale ved at bruge detaljerede satellitdata om stjernens bevægelser.

En påmindelse om at menneskeheden er et fald i universets spand

Den samlede mængde af normal masse, der observeres af menneskeheden - din kat, solen, en Tide pod - udgør mindre end fem procent af universet. Omkring 68 procent er mørk energi, og de sidste 27 procent er mørkt materiale. Bare mørkt rum lavet af hvem ved, hvad der potentielt kører universets accelererende ekspansion. Af de nuværende teorier begunstiger forskere svagt interaktive massive partikler (WIMP'er) eller axioner som mysteriumpartiklen.

Vi svømmer dybest set i ting, hvilke forskere som Ciaran A. J. O'Hare, Ph.D., en teoretisk fysik postdoc ved University of Zaragoza og studiens første forfatter, kalder "mørk materielvind".

"Grunden til, at vi bruger denne sætning er, at vi er indlejret i et mørke mørke materiale, og vi roterer i den galaktiske disk (dette roterende hjul af stjerner og gas), men haloen er meget anderledes," siger O'Hare. Inverse. "Der er ingen disk af mørk materie, ingen foretrukken rotation, bare buzzing rundt i tilfældige retninger."

Dybest set kan vi ikke vide, hvad partiklen er, men da vi kender den retning, vi roterer, kan forskere som O'Hare bestemme, hvor mørkt materiale der skal komme fra, hvilket er hvor stjernestrømme - resterne af dværggalakser strækkes over himlen - kom ind

"Strømme er virkelig generiske forudsigelser af, hvordan vi forstår galakser at danne," siger O'Hare. De fleste vandløb er sparsomme og små, men et væld af rige data indsamlet af Den Europæiske Rumorganisations Gaia-satellit på afstanden og hastigheden på over en milliard stjerner giver forskerne de nødvendige detaljer for at identificere strømme, der er vanskelige at se med det menneskelige øje. Plus, videnskabsfolk ved, at disse dværggalakser er kommet med mørkt materiale.

S1-strømmen, der er identificeret takket være Gaia, stormer vores vej som en orkan af to grunde.

"Den virkelig slags bemærkelsesværdige ting vi fandt om S1 er, at vi ikke kun sidder inde, men den retning vi går er det modsatte, vi bevæger os opstrøms." Forklarer O'Hare. "Når vi ser det mørke stof, når S1-strømmen er der, kan vi være ekstra sikre på, at det signal vi har set er mørkt stof, fordi vi kan knytte det til dette objekt, vi kan se ud i rummet."

Hvordan opdager vi Dark Matter?

På trods af at mørke stoffer slår vores galakse i ansigtet, viser detektion en udfordring. Eksperimenter skaber typisk en kollision og måler energi, lys eller varme spredning. Tidligere eksperimenter, der målrettede mod WIMP'er, kiggede på nanometer-scatter, og det detekterbare energifönster forblev smalt. For klarere beviser på strømmen valgte gruppen at søge efter forskellige hypotetiske partikler, axioner under eksperimentelle forhold, der gør det muligt for dem at se efter screentimeter-skalaen (stadig lille, men detekterbar) med en langt større chance for succes.

Nuværende forsøg forsøger at level-up i to retninger, ifølge O'Hare. Nogle forskere gør eksperimentet så stort som muligt for at give partikler mere at interagere med. På den anden side forekommer eksponentielt flere energihændelser for mørk materiel på lavere energiniveauer, hvilket kræver læsning af tyndere og tinier signaler.

På trods af udfordringerne eksisterer S1-strømmen på et lovende kryds. "Det vigtigste, jeg virkelig kan lide om S1-strømmen, er, at det grundlæggende giver os en anden ting at kigge efter," siger O'Hare. "Det er grænsefladen mellem astronomi og partikelfysik. Det er hvad astronomi kan fortælle os om partikelfysik, og hvilken partikelfysik kan fortælle astronomi."