Tarafından Kavli Evrenin Fizik ve Matematiği Enstitüsü
28 Aralık 2022
Çığır açan yeni bir çalışma yayınlandı. Doğa Astronomisi Merkür’ün yörüngesinde, Güneş’e yakın yörüngede dönen bir uzay gemisinde atomik bir saati incelemenin, karanlık maddenin gizemlerini çözmenin anahtarı olabileceğini öne sürüyor. Araştırma, evrenin çoğunu oluşturduğu düşünülen bu anlaşılması zor ve esrarengiz maddeyi anlamak için potansiyel olarak ezber bozan bir yaklaşım sunuyor.
Yayınlanan yeni bir çalışma, Merkür’ün yörüngesinde ve Güneş’e çok yakın bir uzay gemisinde atomik bir saati incelemek, karanlık maddenin doğasını ortaya çıkarmanın püf noktası olabilir. Doğa Astronomisi.
Karanlık madde, evrendeki kütlenin yüzde 80’inden fazlasını oluşturuyor, ancak onlarca yıllık deneysel çabalara rağmen şimdiye kadar Dünya’da tespit edilmekten kurtuldu. Bu aramaların temel bir bileşeni, herhangi bir zamanda dedektörden geçen karanlık madde parçacıklarının sayısını ve dolayısıyla deneysel hassasiyeti belirleyen, karanlık maddenin yerel yoğunluğu hakkında bir varsayımdır. Bazı modellerde, bu yoğunluk genellikle varsayılandan çok daha yüksek olabilir ve karanlık madde bazı bölgelerde diğerlerine göre daha yoğun hale gelebilir.
Deneysel araştırmaların önemli bir sınıfı, atomları veya çekirdekleri kullananlardır, çünkü bunlar, karanlık madde sinyallerine karşı inanılmaz bir hassasiyet elde etmişlerdir. Bu kısmen mümkündür, çünkü karanlık madde parçacıkları çok küçük kütlelere sahip olduklarında, doğanın sabitlerinde salınımlara neden olurlar. Bu salınımlar, örneğin elektronun kütlesi veya elektromanyetik kuvvetin etkileşim gücü, atomların ve çekirdeklerin geçiş enerjilerini öngörülebilir şekillerde değiştirir.
Sanatçının, karanlık maddeyi ortaya çıkarmak için kullanılan bir uzay atom saati izlenimi. Kredi bilgileri: Kavli IPMU
Uluslararası bir araştırma ekibi, Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU) Proje Araştırmacısı Joshua Eby, California Üniversitesi, Irvine, Doktora Sonrası Araştırmacı Yu-Dai Tsai ve Delaware Üniversitesi Profesörü Marianna S. Safronova potansiyel gördü bu salınımlı sinyallerde. Güneş Sisteminin belirli bir bölgesinde, Merkür’ün yörüngesi ile Güneş arasında, karanlık maddenin yoğunluğunun aşırı derecede büyük olabileceğini, bunun da salınımlı sinyallere karşı olağanüstü bir hassasiyet anlamına geleceğini iddia ettiler.
Bu sinyaller, atomlardaki farklı hallerin geçişlerinde yayılan fotonların frekansını dikkatli bir şekilde ölçerek çalışan atomik saatler tarafından alınabilir. Karanlık maddenin salınımları foton enerjisini hafifçe artırıp azalttığından, saat deneyinin yakınındaki ultra hafif karanlık madde bu frekansları değiştirebilir.
Eby, “Deneyin etrafında ne kadar çok karanlık madde varsa, bu salınımlar o kadar büyük olur, bu nedenle sinyali analiz ederken karanlık maddenin yerel yoğunluğu çok önemlidir” dedi.
Güneş’in yakınındaki karanlık maddenin yoğunluğu tam olarak bilinmemekle birlikte, araştırmacılar nispeten düşük hassasiyetli bir aramanın bile önemli bilgiler sağlayabileceğini savunuyorlar.
Karanlık maddenin yoğunluğu, Güneş Sisteminde yalnızca gezegen yörüngeleri hakkındaki bilgilerle sınırlıdır. Güneş ile Güneş’e en yakın gezegen olan Merkür arasındaki bölgede neredeyse hiçbir kısıtlama yoktur. Dolayısıyla, bir uzay aracında yapılacak bir ölçüm, bu modellerdeki karanlık maddeyle ilgili dünyanın önde gelen sınırlarını hızla ortaya çıkarabilir.
Teorilerini test edecek teknoloji zaten var. Eby, 2018’den beri kalkan yardımıyla çalışan NASA Parker Güneş Sondası’nın, tarihteki tüm insan yapımı araçlardan daha fazla Güneş’e yaklaştığını ve şu anda Merkür’ün yörüngesinde hareket etmeyi planladığını söylüyor. bir yıl içinde Güneş’e daha yakın.
Uzaydaki atomik saatler, karanlık madde aramak dışında pek çok nedenden dolayı zaten iyi motive olmuş durumda.
“Uzun mesafeli uzay görevleri, gelecekteki olası görevler de dahil olmak üzere, Mars, uzaydaki atomik saatler tarafından sağlanacağı gibi olağanüstü zaman işleyişi gerektirecektir. Koruması ve yörüngesi Parker Solar Probe’a çok benzeyen, ancak bir atomik saat aygıtı taşıyan olası bir gelecek görevi, aramayı gerçekleştirmek için yeterli olabilir” dedi.
Çalışmalarının detayları yayınlandı Doğa Astronomisi 5 Aralık’ta
Referans: Yu-Dai Tsai, Joshua Eby ve Marianna S. Safronova, “Uzay kuantum sensörleri ile Güneş’e bağlı ultra hafif karanlık maddenin doğrudan tespiti”, 5 Aralık 2022, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01833-6
uzay-2