Космически науки Технологии Физика 

Лов на тъмна материя с GPS сателити

Екип от физици е използвал данни от GPS спътници в търсене на тъмна материя – загадъчната субстанция, чиято гравитация вероятно удържа галактиките цели. На среща на Американското физично общество изследователите съобщиха, че са открили следи от хипотетичния вид тъмна материя, която се състои от „пукнатини“ в тъканта на пространството, наречени топологични дефекти. Физиците казват, че са уточнили в тесни граници какви биха били характеристиките на взаимодействието между дефектите, ако те съществуват, и обикновената материя. Техните открития показват колко учудващо иновативни и, в този случай, евтини могат да бъдат методите за проверка на новите идеи за същността на тъмната материя.

“Толкова е интересно, ободряващо и вълнуващо, а цената е всъщност нула”, казва Dmitri Bygker, експериментален физик от Университета Йоханес Гутенберг в Майнц, Германия.

Астрофизиците мислят, че тъмната материя съставя 85% от цялата материя във Вселената. Въпреки това, за съществуването на тъмната материя те подозират само по гравитационното ѝ привличане. В продължение на десетилетия много физици са се опитвали директно да регистрират така наречените взаимодействащи масивни частици WIMP, обещаващи кандидати за тъмната материя. Но ентусиазмът избледнява все повече с провала на все по-чувствителните детектори да открият тези частици, носещи се през нашата галактика или минаващи през Земята. Все повече физици вече мислят много по-всеобхватно за това какво може да представлява тъмната материя.

Например, вместо нова субатомна частица, тъмната материя може да бъде нещо много по-голямо и загадъчно: макроскопични пукнатини във вакуума на пространството, наречени топогрофски дефекти. Топографските дефекти най-добре се обясняват чрез аналогията им с магнитните материали като никела. Атомите на никела се държат като малки магнити и при определена температура съседните атоми са склонни да се ориентират в една и съща посока, така че техните магнитни полета взаимно се усилват. Но в това правилно ориентиране може да се получат дефекти, ако например, атомите в различните области са насочени в различни посоки. Когато това се случи, между различните области се образува неподредена (безпорядъчна) повърхност, наречена доменна стена, която е един вид топологичен дефект. Съществуват също точкови и линейни дефекти.

Нещо подобно може да се случи в самото пространство. Някои теории предвиждат, че празното пространство е изпълнено с квантово поле. Ако това поле взаимодейства със себе си, тогава при разширението и охлаждането на младата вселена полето може да е приело стойност или фаза, която би била почти като посоката, в която атомите на никела са ориентирани. Между областите на пространството с различни фази тогава биха се образували доменни стени. Тези стени биха имали енергия, а поради известното уравнение на Айнщайн Е = mc2, следователно и маса. Така те биха пораждали гравитационни сили и биха могли да бъдат тъмната материя.

Сега Benjamin Roberts и Andrei  Derevianko, физици от Университета Ремо в Невада и техните колеги, казват, че са направили най-сериозното изследване досега за топологична тъмна енергия като са използвали архивирани данни от 31 GPS спътника. Всеки спътник има атомен часовник и излъчва времеви сигнали. Приемник на Земята  използва времевата информация на няколко спътника, за да определи колко далеч е той от всеки един от тях и така да установи своето местоположение.

За да използват тази информация за търсене на тъмна материя, изследователите трябвало да прибегнат и до още нещо от теоретичната физика. Теорията предполага, че в топологичните дефекти природните константи се променят. В частност, преминаването през топологичен дефект би трябвало да промени настройката на така наречената константа на фината структура, която определя големината на електромагнитната сила и точната честота на лъчението, което атамът би погълнал или излъчил при преход на електрон в него от едно квантово ниво в друго. Но атомният часовник работи като измерва точно тази честота. Следователно, ако GPS спътник мине през топологичен дефект, сигналът на часовника му ще се отмести.

Едно отместване в един атомен часовник няма да е достатъчно доказателство за топологични дефекти. Затова изследователите са търсили по-сериозни доказателства –  вълна от времеви отмествания, която ще пробягва по цялата ширина от 50 000 км GPS мрежа, ако Земята премине през голяма доменна стена при въртенето на Галактиката в нейния облак от тъмна материя.

Roberts съобщава, че разглеждайки данни, събирани 16 години не са открили доказателства за отместване по-голямо от половин наносекунда. Те обаче успяват да поставят граници на различните топологични дефекти и на начина, по който те взаимодействат с материята – граници, чиято големина е с точност до 6 знака, много по-точни от известните преди това, поставени при изучаването на избухването на свръхнови.

Изследователите не са достигнали още ограниченията, дължащи се на точността на часовниците, съобщава Roberts, така че има още много, което може да се направи.

„По всичко личи, че има смисъл това изследване да продължи“, казва Glennys Fairar, теоретик в Университета на Ню Йорк. „Идеята за извличане на сигнал е интересна“, но все пак тя отбелязва, че конкретният модел на тъмната материя, който Roberts, Derevianko и техните колеги тестват, изглежда „твърде ограничен“. Например, според нея, те предварително предполагат, че стената е по-дебела от размера на Земята. Budker е съгласен по този въпрос. Но той също отбелязва, че тази работа е пример за новите идеи, които физиците измислят, търсейки различни видове тъмна материя.

Превод: Румяна Георгиева

Източник: Science

Коментари

коментара

Related posts

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close