Neutronien ja raskasmetalliatomien liikkumisen havainnot erittäin alhaisissa lämpötiloissa ovat osoittaneet, että aksioiden kevyimmät muodot, "kevyen" pimeän aineen hiukkaset, eivät voi periaatteessa olla olemassa, mikä jälleen kerran vaikeuttaa sen etsintää, sanotaan artikkelissa, joka julkaistiin lehdessä Physical Review X …
”Nämä tulokset avaavat uuden ikkunan tumman aineen etsimiseksi. Ne osoittavat, että akselit eivät voi periaatteessa esiintyä hyvin laajassa joukossa massoja ja energioita, mikä vähentää huomattavasti kenttää, josta meidän on etsittävä jälkiä tästä salaperäisestä aineesta. Voimme sanoa, että hakumme on nyt alkamassa uudestaan,”sanoi Nicholas Ayres Sussexin yliopistosta (Iso-Britannia).
Pitkäksi aikaa tutkijat uskoivat, että maailmankaikkeus koostuu näkemästämme aineesta, joka muodostaa perustan kaikille tähtiille, mustille reikille, sumuille, pölyklustereille ja planeetoille. Mutta ensimmäiset havainnot tähtien liikkumisen nopeudesta läheisissä galakseissa osoittivat, että niiden laitamilla olevat tähdet liikkuvat niissä mahdottomasti suurella nopeudella, joka oli noin 10 kertaa suurempi kuin laskelmat, jotka perustuivat kaikkien niiden tähten massoihin.
Syynä tähän oli tutkijoiden mukaan tänään niin kutsuttu tumma aine - salaperäinen aine, jonka osuus on noin 75% maailmankaikkeuden aineen massasta. Tyypillisesti jokaisessa galaksissa on noin 8-10 kertaa enemmän tummaa ainetta kuin sen näkyvässä serkkussa, ja tämä tumma aine pitää tähdet paikoillaan ja estää niitä sironmasta.
Nykyään melkein kaikki tutkijat ovat vakuuttuneita tumman aineen olemassaolosta, mutta sen ominaisuudet ovat ilmeisen painovoimavaikutuksen lisäksi galakseihin ja galaksiklusteriin edelleen mysteeri ja astrofysiikkojen ja kosmologien kiistojen aihe. Pitkäksi aikaa tutkijat olettivat, että se koostui superheavy- ja "kylmistä" hiukkasista - "wimpeistä", jotka eivät ilmene millään tavalla, lukuun ottamatta näkyvien aineryhmien houkuttelemista.
Epäonnistunut "WIMP: ien" etsiminen kahden viime vuosikymmenen aikana on saanut monet tutkijat uskomaan, että tumma aine voi todella olla "kevyt ja pörröinen" ja koostua ns. Aksioista - ultrakevyistä hiukkasista, joiden massa ja ominaisuudet ovat samanlaisia kuin neutriinoihin.
Ayres ja hänen kollegansa huomasivat todella vahingossa, että kevyimpiä aksionityyppejä, joista teoreetikot usein puhuvat, ei voi periaatteessa olla olemassa, analysoimalla CryoEDM-kokeilun tuloksia, joka on erittäin kaukana kosmologiasta ja tummasta aineesta.
Fysiikan mukaan tämä projekti käynnistettiin kaksi vuosikymmentä sitten mittaamaan tarkasti yksi pienimmistä perustavoitteista - neutronidipolimomentti. Tällä sanalla fyysikot ymmärtävät, kuinka positiivisen ja negatiivisen varauksen alueet jakautuvat neutronin sisälle ja onko neutroni todella täysin sähköisesti neutraali hiukkanen.
Mainosvideo:
CryoEDM: ssä fyysikot yrittävät löytää neutronin dipolimomentin tarkkailemalla kuinka harvinaisen elohopean ja neutronien isotoopin yksittäisten atomien "keitto" reagoi äkillisiin muutoksiin sen sähkökentän suunnassa ja voimakkuudessa, jossa ne sijaitsevat. Jos neutronilla on dipolimomentti, niin sen kehruu "nykäisee" erikoisella tavalla, kun kenttä "liukuu", mikä voidaan "nähdä" tarkkailemalla kuinka hiukkasen polarisaatio muuttuu.
Analysoidessaan CryoEDM-ilmaisimien ensimmäisellä työjaksolla saamia tietoja tutkijat huomasivat, että näiden havaintojen tarkkuus oli niin suuri, että niiden subatomisten hiukkasten vuorovaikutukset aksioihin vaikuttavat voimakkaasti elohopea- ja neutroniatomien käyttäytymiseen. Toisin sanoen, jos aksioita on olemassa, ne aiheuttavat toisen tyyppisen värähtelyn, ja niiden lujuus riippuu suoraan pimeän aineen hiukkasten massasta.
Kuten CryoEDM-tietojen toistuva analyysi osoittaa, elohopean ja neutronien käyttäytymisessä ei havaittu mitään sellaista, mikä osoittaa aksioiden kevyimpien versioiden, joiden massa on miljoonia ja kymmeniä miljardeja kertoja pienempi kuin elektronin, perustavanlaatuisen poissaolon.
Tällaiset tulokset, kuten Ayrs korostaa, eivät sulje pois muun tyyppisten aksioiden olemassaolon mahdollisuutta, mutta kaventavat huomattavasti kentän kokoa, kun niiden olemassaolo on edelleen sallittua tieteen kannalta. On täysin mahdollista, että tumma aine ei koostu superheavy-tai ultrakevythiukkasista, jotka ovat samanlaisia kuin näkyvä aine, mutta sen luonne on täysin erilainen, mitä emme ole vielä arvaamia, artikkelin kirjoittajat päättelevät.