Accelerometre optomecanice repetate pentru căutarea materiei întunecate

Jack Manley (stânga) este doctorand UD, iar Swati Singh este profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Colegiul de Inginerie. Credit: Fotografie de Evan Krape, fotografii de Jeffrey C. Chase

Oamenii de știință sunt convinși de existența materiei întunecate. Cu toate acestea, după mai mult de 50 de ani de căutări, nu au dovezi directe pentru substanța misterioasă.

Swati Singh de la Universitatea din Delaware face parte dintr-un grup mic de cercetători din comunitatea materiei întunecate care încep să se întrebe dacă caută tipul potrivit de materie întunecată.

„Ce se întâmplă dacă materia întunecată este mult mai ușoară decât ceea ce caută experimentele tradiționale de fizică a particulelor?” a spus Sing, asistent la Departamentul de Inginerie Electrică și Calculatoare de la UD.

Acum Singh, doctorandul Jack Manley al UD și partenerii de la Universitatea din Arizona și Haverford College au propus o nouă modalitate de a căuta particule care ar putea forma materia întunecată prin reproiectarea tehnologiei existente a senzorilor desktop. Recent, echipa și-a raportat abordarea într-un articol publicat Scrisori de inspecție fizică.

Printre coautori ai lucrării se numără Dalziel Wilson, profesor asociat de științe optice în Arizona, Mitul Day Chodhuri, doctorand în Arizona, și Daniel Green, profesor asistent de fizică la Haverford College.

Nici o chestiune simplă

Singh subliniază că, dacă adăugați tot ceea ce emite lumină, cum ar fi stelele, planetele și gazul interstelar, acesta este doar 15% din materia din univers. Restul de 85% este cunoscut sub numele de materie întunecată. Nu emite lumină, dar cercetătorii știu că există prin gravitație. Știu că nu este un lucru simplu, cum ar fi gazul, praful, stelele, planetele și noi.

„Poate fi alcătuit din găuri negre sau poate fi alcătuit din ceva care este de miliarde de ori mai mic decât un electron, care se numește„ materie întunecată ultra-ușoară ”, a spus Singh, referindu-se la mișcarea mecanică a materiei întunecate. înainte.un teoretic cuantic cunoscut pentru eforturile sale de pionierat. determinare.

O posibilitate este că materia întunecată este alcătuită din fotoni întunecați, un tip de materie întunecată care exercită o forță oscilantă slabă asupra materiei normale, determinând mișcarea particulelor înainte și înapoi. Cu toate acestea, deoarece materia întunecată este peste tot, ea cheltuiește această putere pentru orice, ceea ce face dificilă măsurarea mișcării.

Singh și colegii săi au spus că cred că vor depăși acest obstacol folosind accelerometre optomecanice ca senzori pentru a detecta și amplifica această vibrație.

„Dacă forța este legată material, folosind două obiecte realizate din materiale diferite, cantitatea la care sunt forțați va fi diferită, adică veți putea măsura diferența de accelerație între aceste două materiale.” A spus Manley, autorul principal al ziarului.

Wilson, un experimentator cuantic care a fost unul dintre partenerii din grupul UD, a comparat accelerometrul optomecanic cu un tuner miniatural. „Este un dispozitiv vibrator, este foarte sensibil la disconfortul din jurul său din cauza dimensiunilor sale reduse”, a spus el.

Acum, cercetătorii au propus să experimenteze utilizarea unei membrane realizate din nitrură de siliciu și sticlă fixă ​​de beriliu pentru a împrăștia lumina între cele două suprafețe. Dacă distanța dintre cele două materiale ar varia, cercetătorii ar ști că lumina reflectată conține fotoni întunecați, deoarece nitrura de siliciu și beriliu au proprietăți materiale diferite.

În opinia mea, colaborarea este o parte cheie a dezvoltării unui design experimental. El și Singh (teoreticieni) au lucrat cu Wilson și Day Chodry (experimentaliștii) la calcule teoretice care au fost incluse într-un plan detaliat pentru a-și crea senzorul de accelerometru de birou propus. Între timp, cosmologul Green a ajutat să facă lumină asupra aspectelor fizicii particulelor materiei întunecate ultra-ușoare, cum ar fi de ce este atât de ușoară, de ce poate fi adăugată la alte materiale și cum poate fi produsă.

În calitate de autor teoretic, Menley și-a extins influența asupra posibilelor cariere în același timp, creând o oportunitate de a afla mai multe despre modul în care funcționează dispozitivele și ce ar putea face experimentalii pentru a demonstra teoriile pe care el și Singx le-au produs.

Un corp de lucru în creștere

Foarte important, acest ultim studiu se bazează pe cercetări publicate anterior de echipe de colaborare și a fost raportat în Review Letters Review vara trecută. Articolul, care include contribuții ale fostului student absolvent UD Russell Stump, arată că mai multe dispozitive de pe scara de laborator existentă și din apropiere sunt suficient de sensibile pentru a detecta sau elimina particulele care pot fi materie întunecată ultra-ușoară.

Cercetările au arătat că unele tipuri de materii ultra-luminoase-întunecate se leagă de substanțele obișnuite într-un mod care determină modificări periodice ale dimensiunii atomilor. Vibrații mici de aceeași magnitudine atom poate fi dificil de detectat, efectul este amplificat într-un obiect compus din mai mulți atomi și poate fi amplificat în continuare dacă obiectul este un rezonator acustic. Colaborarea a evaluat performanța mai multor rezonatoare realizate dintr-o varietate de materiale, de la heliu supraconductor la safir monocristal și a constatat că acești senzori ar putea fi utilizați pentru a detecta semnale de tensiune sub influența substanțelor întunecate.

Ambele proiecte au fost parțial susținute de Singh, finanțat de National Science Foundation, pentru a studia ideile emergente folosind dispozitive cuantice moderne folosind tehnologii desktop care sunt mai mici și mai ieftine decât alte metode de detectare a fenomenelor astrofizice.

Potrivit lui Singh, aceste documente extind activitatea cunoscută despre modalitățile posibile de detectare a materiei întunecate și oferă oportunitatea pentru o nouă generație de experimente desktop.

Singh și Menley lucrează, de asemenea, cu alte echipe experimentale pentru a crea senzori de desktop suplimentari pentru a căuta alte materii întunecate sau alte semnale astrofizice slabe. Ei dezvoltă, de asemenea, o discuție mai amplă pe această temă în cadrul comunităților de materii întunecate și senzori cuantici.

De exemplu, Singh a discutat recent realizările instrumentelor de transformare în detectoarele de fizică a particulelor la un atelier virtual organizat de Panoul de coordonare pentru detectoare avansate (CPAD) al Ministerului Energiei. De asemenea, el a prezentat aceste rezultate la un seminar special în timpul unei întâlniri a Societății Americane de Fizică din aprilie.

„Este un moment foarte interesant și învăț multe din întrebările adresate de oamenii de știință de la diferite seminarii la astfel de seminarii”, a spus Singh. “Dar este important de reținut că cele mai originale idei de cercetare ale mele provin încă din întrebări adresate de studenți curioși.”

Referință: „Căutare materie întunecată vectorială utilizând un accelerometru optometric” de Jack Menley, Mitul Day Chodhuri, Daniel Green, Swati Singh și Dalziel J. Wilson, 10 februarie 2021, Scrisori de inspecție fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.061301

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.