Baguhin ang Optomekanical Accelerometers upang Makita ang Madilim na Sanhi

Si Jack Manley (kaliwa) ay isang estudyante ng doktor sa UD at si Swati Singh ay isang katulong na propesor sa College of Engineering’s Department of Electrical and Computer Engineering. Kredito: Larawan ni Evan Krape, pinagsamang larawan ni Jeffrey C. Chase

Sigurado ang mga siyentista na mayroong isang bagay na itim. Gayunpaman, pagkatapos ng higit sa 50 taon ng paghahanap, wala pa rin silang direktang ebidensya para sa mahiwagang sangkap.

Si Swati Singh ng Unibersidad ng Delaware ay isa sa isang maliit na pangkat ng mga mananaliksik sa buong komunidad na nagsimulang magtanong kung hinahanap nila ang tamang natatanging itim na bagay.

“Paano kung ang itim na bagay ay mas magaan kaysa sa hinahanap ng tradisyonal na mga eksperimentong pisika ng maliit na butil?” Si Singh, isang katulong na propesor ng elektrikal at computer engineering sa UD, ay nagsabi.

Ngayon, si Singh, Jack Manley, isang mag-aaral ng doktor sa UD, at mga kasamahan sa University of Arizona at Haverford College, ay nagmumungkahi ng isang bagong paraan upang makahanap ng mga particle na maaaring lumikha ng madilim na bagay sa pamamagitan ng pagbabago. Na may umiiral na teknolohiya ng tabletop sensor. Kamakailan ay iniulat ng koponan ang kanilang diskarte sa isang papel na nai-publish sa Mga Sulat na Pisikal na Pagsusulit.

Kasama sa mga may-akda ng papel ang Dalziel Wilson, isang katulong na propesor ng optikal na agham mula sa Arizona, Mitul Dey Chowdhury, isang mag-aaral sa doktor sa Arizona, at si Daniel Grin, isang katulong na propesor ng pisika. Sa Haverford College.

Hindi isang ordinaryong bagay

Ipinaliwanag ni Singh na kung idaragdag mo ang lahat ng mga light-emitting na bagay, tulad ng mga bituin, planeta at interstellar gas, account lamang ito para sa 15% ng bagay sa Uniberso. Ang iba pang 85% ay kilala bilang madilim na bagay. Hindi ito naglalabas ng ilaw, ngunit alam ng mga mananaliksik na mayroon ito sa pamamagitan ng mga gravitational effects. Alam din nila na hindi ito isang ordinaryong bagay, tulad ng gas, alikabok, bituin, planeta, at sa amin.

“Maaari itong gawin sa mga itim na butas, o maaari itong gawin ng isang bagay na isang trilyong beses na mas maliit kaysa sa mga electron, na kilala bilang ultralight dark matter,” sabi ni Singh, isang dalubhasang teorama na kilala sa kanyang pagpupunyaging pagsusumikap na itulak ang mekanikal na itim na bagay na matukoy

Ang isang posibilidad ay ang maitim na bagay ay binubuo ng mga itim na photon, isang uri ng madilim na bagay na gumagawa ng isang mahina na nakakilos na enerhiya ng normal na bagay, na nagdudulot ng paggalaw at pag-atras ng isang maliit na butil. Gayunpaman, dahil ang madilim na bagay ay nasa lahat ng dako, nagbibigay ito ng lakas sa lahat, na ginagawang mahirap na sukatin ang kilusang ito.

Tumulong si Singh at ang kanyang mga kasamahan na maiisip na malalampasan nila ang hadlang na ito sa pamamagitan ng paggamit ng mga optomekanikal na accelerometers bilang mga sensor upang makita at palakihin ang osilasyon na ito.

“Kung ang puwersa ay nakasalalay sa materyal, sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang bagay na binubuo ng iba’t ibang mga materyales na magkakaiba ang halaga na ipinataw nila, nangangahulugan ito na masusukat mo ang pagkakaiba-iba sa pagbilis sa pagitan ng dalawang materyales,” sabi niya. may akda

Si Wilson, isang eksperimento sa kabuuan at isa sa mga kasamahan sa koponan ng UD, ay inihalintulad ang isang optomekanikal na accelerometer sa isang maliit na tinidor. “Ito ay isang vibrating device na, dahil sa maliit na sukat nito, napaka-sensitibo sa mga pollutant sa kapaligiran,” aniya.

Ngayon, ang mga mananaliksik ay nagmumungkahi ng isang eksperimento gamit ang isang lamad na gawa sa silicon nitride at isang nakapirming beryllium mirror upang itaas ang ilaw sa pagitan ng dalawang mga ibabaw. Kung ang distansya sa pagitan ng dalawang materyales ay nagbabago, malalaman ng mga mananaliksik mula sa ipinakitang ilaw na may mga itim na photon dahil ang silicon nitride at beryllium ay may magkakaibang materyal na katangian.

Ang pakikipagtulungan ay isang pangunahing bahagi ng paglikha ng pang-eksperimentong disenyo, ayon kay Manley. Siya at Singh (theorists) ay nakipagtulungan kina Wilson at Dey Chowdhury (mga eksperimento) sa mga kalkulasyong teoretikal na mapupunta sa detalyadong blueprint para sa pagbuo ng kanilang iminungkahing sensor ng tabletop accelerometer. Samantala, si Grin, isang cosmologist, ay tumulong sa pagbigay ng ilaw sa bahagi ng pisika ng maliit na butil ng ultralight dark matter, tulad ng kung bakit ito maaaring maging ultralight, kung bakit nag-iiba ito sa mga materyales at kung paano ito magagawa.

Bilang isang teoretista, sinabi ni Manley na may pagkakataon na malaman tungkol sa kung paano gumagana ang mga aparato at kung paano magsagawa ng mga eksperimento sa mga bagay upang patunayan ang mga teoryang binuo nila kasama ni Singh na pinalalim ang kanyang kadalubhasaan habang sabay na pinalawak ang kanyang pagkakalantad sa mga posibleng landas sa karera.

Isang lumalaking katawan ng trabaho

Mahalaga, ang pinakabagong gawaing ito ay nagtatayo sa dating nai-publish na pananaliksik ng mga nakikipagtulungan na koponan, iniulat noong nakaraang tag-init sa Mga Sulat sa Physical Review Ang papel, na nagsasama ng mga kontribusyon mula sa dating mag-aaral na nagtapos mula sa UD’s Russell Stump, ay nagpakita na maraming mayroon at malapit na mga aparato sa sukat ng laboratoryo ay sapat na sensitibo upang makita , o ibukod, mga potensyal na particle na maaaring maging itim na bagay.

Iniuulat ng pananaliksik na ang ilang mga pagkakaiba-iba ng ultralight dark matter ay kumonekta, o ipares, na may normal na bagay sa isang paraan na maaaring maging sanhi ng pansamantalang pagbabago sa laki ng mga atomo. Habang ang isang bahagyang pagbabago sa laki ng isa atomo ay maaaring mahirap tuklasin, ang epekto ay pinalakas ng isang bagay na binubuo ng maraming mga atomo, at ang karagdagang pagpapalakas ay maaaring makuha kung ang bagay na iyon ay isang acoustic resonator. Ang kolaborasyon ay tuklasin ang paggawa ng maraming mga resonator na gawa sa iba’t ibang mga materyales mula sa superfluid helium hanggang sa solong-mala-kristal na sapiro, at natagpuan ang mga sensor na ito ay maaaring magamit upang makita ang mga senyas na sapilitan na senyas sa salaan.

Ang parehong mga proyekto ay suportado ng bahagi ng pagpopondo ni Singh mula sa National Science Foundation upang makilala ang mga umuusbong na ideya sa kapaligiran na gumagamit ng mga state-of-the-art na aparato na kabuuan upang makilala ang mga kakaibang astropisiko sa mga teknolohiya ng tabletop na mas maliit at mas mura kaysa sa ibang mga pamamaraan.

Sama-sama, sabi ni Singh, ang mga papel na ito ay nagpapalawak ng katawan ng trabaho sa kung ano ang nalalaman tungkol sa mga posibleng paraan upang makita ang madilim na bagay at imungkahi ang posibilidad ng isang bagong henerasyon ng mga nangungunang eksperimento sa tuktok ng mesa

Si Singh at Manley ay nakikipagtulungan sa iba pang mga pang-eksperimentong pangkat, din, upang lumikha ng higit pang mga sensor ng tabletop upang maghanap para sa naturang itim na bagay o iba pang mahinang mga signal ng astrophysical. Aktibo rin silang naglinang ng mas malawak na mga talakayan sa paksang ito sa loob ng mga madilim na pamayanan at pinahahalagahan ang mga sensors.

Halimbawa, tinalakay kamakailan ni Singh ang mga instrumental na pagsulong sa mga detektor ng pisika ng maliit na butil sa isang virtual na pagawaan na inayos ng Department of Energy’s Coordinating Panel for Advanced Detector (CPAD). Ipinakita rin niya ang mga resulta na ito sa isang espesyal na pagawaan sa pulong ng American Physical Society noong Abril.

“Ito ay isang kapanapanabik na oras, at marami akong natutunan mula sa mga katanungang tinanong ng mga siyentista mula sa iba’t ibang pinagmulan sa mga pagawaan,” sabi ni Singh. “Ngunit sulit na alalahanin na ang aking pinaka orihinal na mga ideya sa pagsasaliksik ay nagmula pa rin sa mga katanungang tinanong ng mga mausisa na mag-aaral.”

Sanggunian: “Paghahanap ng Vector Dark Matter na may Optomekanical Accelerometer” nina Jack Manley, Mitul Dey Chowdhury, Daniel Grin, Swati Singh at Dalziel J. Wilson, 10 Pebrero 2021, Mga Sulat na Pisikal na Pagsusulit.
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

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.