آشکارسازی ماهیت ماده تاریک با یک بلور کوانتومی جدید

یک کریستال یا بلور کوانتومی جدید ممکن است سرانجام ماهیت ماده تاریک و شاید بزرگترین راز کیهان را آشکار کند.

کد خبر: ۱۲۵۹۱۰۶

تاریخ: ۱۹ مرداد ۱۴۰۰ - ۰۸:۴۹

به گزارش خبرگزاری دانا و به نقل از آی‌ای، بر اساس مطالعه جدیدی که در مجله ساینس(Science) منتشر شده است، دانشمندان یک حسگر کریستال کوانتومی جدید ایجاد کرده‌اند که می‌تواند کلید تشخیص وجود ماده تاریک را درون خود داشته باشد.

در حالی که بخش زیادی از جهان هستی از ماده تاریک تشکیل شده است، کشف ماهیت آن می‌تواند یکی از قدیمی‌ترین اسرار نجوم را برملا کند.

فیزیکدانان موسسه ملی استاندارد و فناوری(NIST) خواص الکترونیکی و حرکت مکانیکی یک بلور بسیار کوچک آبی را جمع یا درهم‌ تنیده کرده‌اند که آن را قادر می‌سازد تا میدان‌های الکتریکی را با حساسیت بی‌نظیری اندازه‌گیری کند.

این حسگر کوانتومی جدید، ۱۵۰ یون بریلیوم را در یک میدان مغناطیسی محدود کرده و آنها را قادر می‌سازد تا خود را در یک کریستال مسطح و دوبعدی با تنها ۲۰۰ میلیونم متر قطر قرار دهند. این نوع حسگر کوانتومی می‌تواند به طور بالقوه نشانه‌هایی از ماده تاریک را که ماده‌ای اسرارآمیز است و بیشتر فضای جهان را شامل می‌شود، آشکار کند و ممکن است از ذرات زیر اتمی تشکیل شده باشد که از طریق یک میدان الکترومغناطیسی ضعیف بر ماده تأثیر می‌گذارند.

اگر ماده تاریک توسط این بلور شناسایی شود، مکانیسم تشخیص شامل تکان خوردن بلور است که در تغییرات جمعی در یون‌های آن از طریق یکی از خواص الکترونیکی آنها به نام "اسپین" مشاهده می‌شود. محققان می‌توانند این تحریک ارتعاشی را که "جابجایی"(displacement) نیز نامیده می‌شود، تشخیص دهند.

این به اصطلاح "حسگر ماده تاریک" می‌تواند میدان‌های الکتریکی خارجی را که دارای فرکانس ارتعاش یکسان با بلور هستند، با حساسیت بیش از ۱۰ برابر حسگرهای اتمی گذشته اندازه‌گیری کند.

محققان در طول آزمایشات خود از یک میدان الکتریکی ضعیف برای تحریک این کریستال و آزمایش حسگر استفاده کردند. "جان بولینگر" نویسنده ارشد این مطالعه از NIST می‌گوید: کریستال‌های یونی می‌توانند انواع مشخصی از ماده تاریک مانند اکسیون‌ها و فوتون‌های پنهان را تشخیص دهند که از طریق یک میدان الکتریکی ضعیف با ماده عادی در تعامل هستند.

وی افزود: ماده تاریک یک سیگنال پس زمینه را با یک فرکانس نوسانی ایجاد می‌کند که بستگی به جرم ذره ماده تاریک دارد. آزمایش‌هایی که برای یافتن این نوع ماده تاریک انجام شده است، بیش از یک دهه است که با مدارهای ابررسانا ادامه دارد. حرکت یون‌های به دام افتاده حساسیت را در محدوده فرکانس‌های مختلف ایجاد می‌کند.

"بولینگر" و همکارانش بیش از یک دهه بر روی این کریستال یون جدید کار کرده‌اند و اخیراً استفاده از نور لیزر را برای درهم‌تنیدگی حرکت جمعی در تعداد زیادی از یون‌ها اضافه کرده‌اند که علاوه بر چیزی به نام استراتژی "برگشت زمان"، روش تشخیص ماده تاریک را نیز تقویت کرد.

محققان می‌گویند: ما می‌دانیم ۸۵ درصد ماده در جهان از ماده تاریک تشکیل شده است، اما تا به امروز هنوز نمی‌دانیم ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است. این آزمایش می‌تواند به ما اجازه دهد در آینده از این راز پرده برداری کنیم و هنگامی که ماهیت ماده تاریک را درک کردیم، گستره وسیعی از رشته‌های علمی از جمله اخترفیزیک، نجوم، کیهان شناسی و موارد دیگر می‌توانند مدل‌ها و توصیفاتی از جهان ایجاد کنند که می‌تواند مدل‌های فعلی را تغییر دهد.