Pencarian Materi Gelap Meluas Secara Dramatis

Pencarian Materi Gelap Meluas Secara Dramatis

[ad_1]

Sejak astronom mencapai konsensus pada 1980-an bahwa sebagian besar massa di alam semesta tidak terlihat — bahwa “materi gelap” harus merekatkan galaksi bersama-sama dan secara gravitasi membentuk kosmos secara keseluruhan — para eksperimentalis telah mencari partikel nonluminous.

Cerita asli dicetak ulang dengan izin dari Majalah Quanta, sebuah publikasi independen editorial dari Simons Foundation yang misinya adalah untuk meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan penelitian dan tren dalam matematika serta ilmu fisika dan kehidupan.

Mereka pertama kali berangkat dalam mengejar bentuk materi gelap yang berat dan lamban yang disebut partikel masif yang berinteraksi lemah, atau WIMP — kandidat favorit awal untuk materi kosmos yang hilang karena ia bisa memecahkan teka-teki lain yang tidak terkait dalam fisika partikel. Selama beberapa dekade, tim fisikawan membuat target yang lebih besar, dalam bentuk kristal besar dan tong multi-ton cairan eksotis, berharap untuk menangkap goncangan atom yang langka ketika WIMP menabraknya.

Tapi detektor ini tetap diam, dan fisikawan semakin memikirkan kemungkinan spektrum yang lebih luas. Di sisi lain, mereka mengatakan materi tak terlihat alam semesta bisa menggumpal menjadi lubang hitam seberat bintang. Di sisi lain, materi gelap dapat menyebar dalam partikel kabut halus ribuan triliun triliun kali lebih ringan daripada elektron.

Dengan hipotesis baru muncul metode deteksi baru. Kathryn Zurek, seorang ahli fisika teoritis di California Institute of Technology, mengatakan bahwa jika eksperimen WIMP saat ini tidak melihat apa-apa, “maka saya pikir akan ada bagian substansial dari bidang yang akan beralih ke jenis eksperimen baru ini. ”

Pekerjaan sudah dimulai. Berikut adalah beberapa dari sekian banyak bidang baru dalam pencarian materi gelap.

Antara Elektron dan Proton

WIMP akan memiliki bobot yang cukup untuk kadang-kadang ditempatkan di seluruh atom. Namun jika materi gelap lebih terang, beberapa eksperimentalis menyiapkan pin bowling yang lebih kecil.

Hujan yang lebih lembut dari partikel materi gelap dengan berat kurang dari proton terkadang dapat menjatuhkan elektron dari atom induknya. Eksperimen pertama yang dirancang khusus untuk mengambil materi gelap ini adalah Sub-Electron-Noise Skipper CCD Experimental Instrument (Sensei), yang menggunakan teknologi yang mirip dengan kamera digital untuk memperkuat sinyal dari elektron yang terlepas secara tak terduga di dalam materi.

Ketika prototipe Sensei dihidupkan hanya dengan sepersepuluh gram silikon, ia tidak menemukan materi gelap. Meski begitu, hasil tim yang dipublikasikan pada 2018 itu langsung mengesampingkan model-model tertentu.

“Kami baru saja menyala dan kami memiliki batas terbaik dunia,” kata Tien-Tien Yu, fisikawan di Universitas Oregon dan anggota kolaborasi Sensei, “karena tidak ada batasan sebelumnya.”

Hasil terbaru dari Sensei versi 2 gram memperluas batas tersebut, dan sekarang Yu dan rekan-rekannya sedang bersiap untuk menyebarkan versi 10 gram di laboratorium bawah tanah di Kanada, jauh dari gangguan sinar kosmik. Grup lain sedang merancang eksperimen alternatif berbiaya rendah yang menargetkan buah gantung rendah yang sama.

Lebih Ringan

Jika materi gelap masih lebih terang, atau buta terhadap muatan listrik, ia mungkin gagal melepaskan elektron. Zurek telah bertukar pikiran tentang cara-cara yang bahkan pipsqueaks ini dapat mengkhianati kehadiran mereka dengan memengaruhi perilaku kelompok partikel.

Bayangkan sebuah balok silikon, misalnya, sebagai kasur dengan pegas yang melambangkan inti atom. Memantulkan seperempat dari kasur, kata Zurek, dan meskipun tidak ada pegas yang bergerak banyak, koin tersebut dapat memicu riak yang melewati banyak pegas. Dia mengusulkan pada 2017 bahwa gangguan analog dari interaksi materi gelap dapat menghasilkan gelombang suara yang dapat sedikit menghangatkan sistem.

Salah satu proyek yang mengambil rute ini, Tesseract, saat ini sedang berjalan di ruang bawah tanah di Universitas California, Berkeley, mencari riak dari partikel gelap yang serupa beratnya dengan yang ditargetkan Sensei. Namun, pemutakhiran yang sensitif di masa mendatang secara teoritis dapat menemukan partikel hingga seribu kali lebih ringan.

Tapi ada lebih banyak kemungkinan partikel Lilliputian. Axion — entitas yang sangat kecil sehingga lebih banyak gelombang daripada partikel — dapat terdiri dari materi gelap dan sekaligus memecahkan misteri tentang gaya nuklir kuat. Eksperimen Materi Gelap Sumbu (ADMX) baru-baru ini mulai memindai sumbu yang membusuk menjadi pasangan foton di dalam medan magnet yang kuat, dan beberapa pencarian serupa dimulai.

Beberapa eksperimen bahkan bertujuan untuk bahan yang lebih ringan. Materi gelap paling ringan yang mungkin ada adalah sekitar seperseribu dari seperseribu triliun dari satu triliun massa elektron — yang akan menghasilkan partikel yang seperti gelombang energi sangat rendah, dengan panjang gelombang seukuran galaksi kecil. Entitas yang lebih ringan (dan karenanya lebih panjang) akan terlalu tersebar untuk menjelaskan mengapa galaksi saling menempel.

Petunjuk Dari Atas

Sementara para eksperimentalis mempersiapkan peralatan generasi berikutnya yang mencari kontak langsung dengan materi gelap, yang lain berencana menjelajahi langit untuk mencari petunjuk arah tidak langsung.

Diposting oleh : joker123

Releated

2020 Adalah Salah Satu Tahun Terpanas dalam Catatan

2020 Adalah Salah Satu Tahun Terpanas dalam Catatan

[ad_1] Bumi menyala kebakaran tahun lalu (seandainya Anda lupa), dengan kebakaran hutan Pantai Barat yang memecahkan rekor, gelombang panas Siberia, dan badai Atlantik. Sekarang para ilmuwan pemerintah telah menghitung angka di balik kekacauan planet ini. NASA baru saja merilis laporan tahunan tentang suhu tahunan, dan dikatakan bahwa 2020 melampaui atau menyamai 2016 sebagai tahun terpanas […]