Znasz stare powiedzenie: „jeśli chcesz coś ukryć, postaw to na widoku?” Cóż, zgodnie z nową propozycją dwóch profesorów fizyki, ta logika może być przyczyną, dla której naukowcy tak długo walczą o znalezienie tajemniczej masy, która, jak się uważa, stanowi 27% materii we wszechświecie.
Krótko mówiąc, ci dwaj fizycy uważają, że ciemną materię można znaleźć w ten sam sposób, w jaki można znaleźć najszybszą drogę do pracy: po konsultacji z globalnym systemem pozycjonowania.
Andrei Derevianko z University of Nevada, Reno i Maxim Pospelov z University of Victoria i Perimeter Institute for Theoretical Physics w Kanadzie zaproponowali tę metodę na początku tego roku na wielu renomowanych konferencjach naukowych, gdzie spotkała się z ogólną aprobatą .
Ich pomysł wymaga użycia satelitów GPS i innych sieci zegara atomowego oraz porównania ich czasów w celu znalezienia rozbieżności. Derevianko i Pospelow sugerują, że ciemna materia może mieć destrukcyjny wpływ na zegary atomowe i że patrząc na istniejące sieci zegarów atomowych możliwe jest wykrycie kieszeni ciemnej materii za pomocą ich charakterystycznego podpisu.
Obaj zaczynają testować tę teorię, analizując dane zegara z 30 satelitów GPS, które używają zegarów atomowych do codziennej nawigacji. Skorelowane sieci zegarów atomowych, takie jak GPS i niektóre już istniejące sieci naziemne, można wykorzystać jako potężne narzędzie do wyszukiwania ciemnej materii z defektem topologicznym, w której zsynchronizowane zegary początkowo zostaną zsynchronizowane.
„Pomimo solidnych dowodów obserwacyjnych na istnienie ciemnej materii, jej natura pozostaje tajemnicą”, powiedział Derevianko, profesor w College of Science na uniwersytecie. „Niektóre programy badawcze w fizyce cząstek zakładają, że ciemna materia składa się z materii podobnej do ciężkich cząstek. To założenie może się nie sprawdzać i istnieją alternatywy dla alternatyw. ”
Ich propozycja opiera się na idei, że ciemna materia może pochodzić z pęknięć w polach kwantowych wszechświata, które mogłyby zakłócać tak podstawowe właściwości, jak masa elektronu, i mieć wpływ na sposób pomiaru czasu. Jest to zerwanie z bardziej konwencjonalnym poglądem, że ciemna materia składa się z cząstek subatomowych, takich jak WIMP i osi.
„Nasze badania podążają za ideą, że ciemna materia może być zorganizowana jako duży gazopodobny zbiór defektów topologicznych lub pęknięć energetycznych”, powiedział Derevianko. „Proponujemy wykrycie defektów, ciemnej materii, gdy przemykają przez nas siecią wrażliwych zegarów atomowych. Chodzi o to, że tam, gdzie zegary wychodzą z synchronizacji, wiedzielibyśmy, że minęła ciemna materia, defekt topologiczny. W rzeczywistości przewidujemy użycie konstelacji GPS jako największego zbudowanego przez człowieka detektora ciemnej materii. ”
Derevianko współpracuje przy analizie danych GPS z Geoffem Blewittem, dyrektorem Laboratorium Geodezyjnego Nevada, również w College of Science na University of Nevada, Reno. Geodetic Lab opracowało i utrzymuje największe centrum przetwarzania danych GPS na świecie, zdolne do ciągłego przetwarzania informacji z około 12 000 stacji na całym świecie, 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.
Blewitt, także fizyk, wyjaśnił, w jaki sposób szereg zegarów atomowych może wykryć ciemną materię.
„Wiemy na przykład, że ciemna materia musi tam być, ponieważ widać, jak zakrzywia światło wokół galaktyk, ale nie mamy dowodów na to, z czego mogłaby być wykonana” - powiedział. „Gdyby nie było ciemnej materii, normalna materia, o której wiemy, nie byłaby wystarczająca, aby zgiąć światło tak mocno, jak to robi. To tylko jeden ze sposobów, w jaki naukowcy wiedzą, że gdzieś tam w galaktyce istnieje ogromna ilość ciemnej materii. Jedną z możliwości jest to, że ciemna materia w tym gazie może nie być zbudowana z cząstek takich jak normalna materia, ale z makroskopowych niedoskonałości w materiale czasoprzestrzennym.
„Ziemia omiata ten gaz, krążąc po galaktyce. Tak więc dla nas gaz wydaje się być galaktycznym wiatrem ciemnej materii wiejącym przez system ziemski i jego satelity. Gdy ciemna materia przepływa, czasami powoduje to, że zegary systemu GPS nie synchronizują się z charakterystycznym wzorem w ciągu około 3 minut. Jeśli ciemna materia powoduje, że zegary przestają być zsynchronizowane przez ponad miliard sekundy, powinniśmy być w stanie łatwo wykryć takie zdarzenia. ”
„Ten rodzaj pracy może być transformacyjny w nauce i może całkowicie zmienić nasze myślenie o naszym wszechświecie” - powiedział Jeff Thompson, fizyk i dziekan University of College of Science. „Andrei jest światowej klasy fizykiem i już wniósł znaczący wkład w fizykę. Wspaniale jest oglądać niesamowitą pracę, która pochodzi od niego i jego grupy. ”
Derevianko uczy fizyki kwantowej i przedmiotów pokrewnych na University of Nevada, Reno. Jest autorem ponad 100 recenzowanych publikacji z zakresu fizyki teoretycznej. Jest członkiem American Physical Society, Simons z fizyki teoretycznej i stypendystą Fulbrighta. Wśród różnych tematów badawczych przyczynił się do opracowania kilku nowych klas zegarów atomowych i testów dokładności podstawowych symetrii z atomami i cząsteczkami.
Ich badania pojawiły się na początku tego tygodnia w internetowej wersji czasopisma naukowego Fizyka przyrody, przed wersją drukowaną.
