با استفاده از قوانین بوز-انیشتین؛

جستجو برای ماده تاریک با سردترین مواد جهان

محققان با استفاده از قوانین بوز-انشتین توانستند راهی برای بررسی ماده تاریک پیدا کنند.

کد خبر: ۸۴۵۸۹۷

چهارشنبه - ۱۷ ارديبهشت ۱۳۹۹ / May 06, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، دانشمندان قادرند تا جهان را مشاهده و تعیین کنند که حدود ۸۰ درصد جرم آن به شکل «ماده تاریک» است و ضمن داشتن یک نیروی گرانشی قوی با نور برهم‌کنشی ندارد؛ بنابراین با تلسکوپ قابل رویت نیست. درک کنونی ما از کیهان‌شناسی و فیزیک هسته‌ای پیشنهاد می‌کند که ماده تاریک می‌تواند از محورها، ذرات فرضی با خواص تقارنی غیر معمول ساخته شده باشد. در مقاله تازه منتشر شده محققان ICFO گزارش داده‌اند که چگونه می‌توان با استفاده از خصوصیات منحصر به فرد چگال بوز-انشتین این محور‌ها را جستجو کرد.

محور‌ها در صورت وجود، به معنای «نیرو‌های وابسته به چرخش خارجی» هستند. خاصیت مغناطیسی، شناخته شده‌ترین نیروی وابسته به چرخش است که باعث می‌شود الکترون‌ها اسپین خود را در راستای میدان مغناطیسی قرار دهند مانند عقربه قطب‌نما که در راستای شمال و جنوب قرار می‌گیرد.

خاصیت مغناطیسی توسط فوتون‌های مجازی و نیرو‌های وابسته به چرخش خارجی توسط محور‌های مجازی (یا ذرات محورمانند) حمل می‌شوند. این نیرو‌ها هم بر الکترون‌ها و هم هسته‌ها تاثیر می‌گذارند و نه تنها با آهنربا بلکه توسط مواد معمولی نیز تولید می‌شوند. برای دانستن اینکه آیا محور‌ها وجود دارند یا نه، بهترین راه این است که نگاه کنیم و ببینیم که آیا هسته‌ها ترجیح می‌دهند تا در راستای دیگر مواد قرار بگیرند یا نه.

در حال حاضر آزمایش‌های متعددی با استفاده از زوج سنسور‌های مغناطیسی در همان مکان، در جستجوی این نیرو‌ها هستند. با مقایسه سیگنال‌های دو سنسور، می‌توان تاثیر میدان مغناطیسی معمولی را از بین برد و تنها تاثیر یک نیروی جدید باقی می‌ماند. تاکنون این ابزار‌های سنجش تنها قادر به جستجو نیرو‌های وابسته به چرخش که به حدود یک متر یا بیشتر می‌رسیدند، بودند. برای جستجوی نیرو‌های وابسته به چرخش کوتاه برد به یک ابزار سنجش کوچک‌تر نیاز است.

چگال‌های گازی بوز-انیشتین (BEC)، گاز‌هایی هستند که تقریبا در صفرمطلق سرد می‌شوند. چون این چگال‌ها، ابرسیال اند، اتم‌های اصلی تشکیل دهنده آن‌ها آزادند تا برای چندین ثانیه بدون هیچ اصطکاکی بچرخند و همین آن‌ها را به هر دو میدان‌های مغناطیسی و نیرو‌های خارجی حساس کرده است. یک BEC بسیار کوچک است (حدود ۱۰ میکرومتر). با این حال، ساختن ابزار سنجش BEC نیازمند حل یک مشکل پیچیده است: چگونه می‌توان دو مغناطیس سنج را در همان حجم کوچک قرار داد؟

در این مطالعه، دانشمندان ICFO گزارش دادند که آن‌ها قادرند تا این مشکل را با استفاده از دو حالت مختلف داخلی ۸۷Rb BEC حل کنند و هرکدام را به عنوان یک مغناطیس سنج جداگانه، اما در کنار هم قرار دهند. نتایج این آزمایش توانست پیش بینی‌های قبلی را تایید کند. این آزمایشات می‌توانند مطالعات همبستگی کوانتومی در BEC را نیز بهبود ببخشند.