Используя специально разработанную вакуумную систему, напечатанную на 3D-принтере, ученые разработали способ «поймать» темную материю с целью обнаружения доменных стенок. Это станет значительным шагом вперед в разгадке некоторых загадок Вселенной.
Ученые из Школы физики Ноттингемского университета создали вакуумную систему , напечатанную на 3D-принтере , которую они будут использовать в новом эксперименте по уменьшению плотности газа, а затем добавят ультрахолодные атомы лития, чтобы попытаться обнаружить темные стены. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
Профессор Клэр Беррейдж из Школы физики является одним из ведущих авторов исследования и объясняет: «Обычная материя, из которой состоит мир, составляет лишь крошечную часть содержимого Вселенной, около 5%, остальное либо темное, либо темное . материя или темная энергия — мы можем видеть их влияние на поведение Вселенной, но мы не знаем, что это такое. Один из способов, с помощью которого люди пытаются измерить темную материю, — это ввести частицу, называемую скалярным полем».
Исследователи основали конструкцию трехмерных сосудов на теории о том, что легкие скалярные поля с двойными ямными потенциалами и прямыми связями с веществом претерпевают фазовые переходы , обусловленные плотностью , что приводит к образованию доменных стенок.
«По мере снижения плотности образуются дефекты — это похоже на то, когда вода замерзает в лед, молекулы воды располагаются случайным образом, а когда они замерзают, вы получаете кристаллическую структуру , в которой молекулы выстраиваются случайным образом, причем некоторые выстраиваются в одну сторону, некоторые в другую, и это создает линии разломов.
«Нечто подобное происходит в скалярных полях, когда плотность снижается. Вы не можете увидеть эти линии разломов на глаз, но если частицы пройдут через них, это может изменить их траекторию. Эти дефекты представляют собой темные стены и могут доказать теорию скалярных полей — либо это эти поля существуют или нет», — добавляет Беррейдж.
Чтобы обнаружить эти дефекты или темные стены, команда создала специально разработанный вакуум, который они будут использовать в новом эксперименте, имитирующем перемещение из плотной среды в менее плотную. С помощью новой установки они будут охлаждать атомы лития лазерными фотонами до -273 °C, что близко к абсолютному нулю. При этой температуре они приобретают квантовые свойства, что делает анализ более точным и предсказуемым.
Люсия Хакермюллер, доцент факультета физики, руководила разработкой лабораторного эксперимента. Она объясняет: «Сосуды, напечатанные на 3D-принтере, которые мы используем в качестве вакуумной камеры, были построены с использованием теоретических расчетов темных стенок. Это создало то, что мы считали идеальной формой, структурой и текстурой для улавливания темной материи.
«Чтобы успешно продемонстрировать, что темные стены оказались в ловушке, мы позволим облаку холодных атомов пройти через эти стены. Затем облако отклоняется. Чтобы охладить эти атомы, мы запускаем в атомы лазерные фотоны, что уменьшает энергию в атоме — это это все равно, что замедлять слона снежками».
На создание системы у команды ушло три года, и они рассчитывают получить результаты в течение года.
«Независимо от того, докажем мы существование темных стен или нет, это станет важным шагом вперед в нашем понимании темной энергии и темной материи, а также отличным примером того, как можно спланировать хорошо контролируемый лабораторный эксперимент для прямого измерения эффектов, имеющих отношение к Вселенной и иначе наблюдаться не может», — добавляет Хакермюллер.
