Materia întunecată: Enigma cosmică care ar putea transmite un semnal detectabil
Materia întunecată este considerată una dintre cele mai mari mistere ale cosmologiei contemporane. Deși constituie aproximativ 85% din masa Universului, această formă de materie nu emite, nu reflectă și nu absoarbe radiație electromagnetică, făcându-se astfel invizibilă pentru telescoapele tradiționale. Totuși, existența sa este dedusă indirect din observațiile privind mișcarea galaxiilor și comportamentul gravitațional al grupurilor de galaxii.
Recent, o teorie incitantă propusă de o echipă internațională de cercetători deschide o nouă direcție în detectarea materiei întunecate: ar exista șansa de a captura un semnal provenit de la aceste structuri misterioase ale Universului. Această ipoteză nu doar că stârnește interesul astrofizicienilor, dar ar putea să transforme fundamental modul în care percepem materia și energia în cosmos.
Axionii: Piese lipsă din tabloul universal?
Conceptul de detectabilitate a materiei întunecate este strâns legat de posibila existență a axionilor – particule ipotetice extrem de ușoare, propuse în anii ’70 ca soluție pentru o problemă nerezolvată în fizica particulelor: simetria CP (încălcarea simultană a simetriei de sarcină și paritate) din nucleul atomic.
Dacă axionii există, aceștia ar putea să fie o componentă crucială a materiei întunecate, deoarece interacționează extrem de slab cu materia obișnuită. Această caracteristică le face extrem de dificile de detectat, dar contrar așteptărilor, ar putea lăsa o urmă detectabilă.
Un radio cosmic pentru semnale invizibile
Cercetătorii au propus construirea unui dispozitiv experimental care funcționează ca un radio cosmic, capabil să „asculte” frecvențele la care s-ar putea manifesta semnalul axionilor. David Marsh, fizician la King’s College din Londra, subliniază că noul tip de detector ar putea acoperi întregul spectru de frecvențe galactice – un pas fără precedent în încercarea de a urmări semnătura acestor particule elusive.
Dispozitivul ar utiliza tehnologia capabilă să recepteze semnale electromagnetice la frecvențe ultra-înalte, în special în regiunile de la limita superioară a benzii terahertzilor.
Detectarea prin intermediul quasiparticulelor axionice
Teoria sugerează că, în anumite materiale solide cu trăsături speciale, ar fi posibilă generarea așa-numitelor quasiparticule axionice – entități colective care se comportă precum axionii reali, în condiții controlate de laborator. Un exemplu de astfel de material este telurura de bismut-mangan (MnBi₂Te₄), care a fost dezvoltată și optimizată de cercetători de la instituții de renume, inclusiv Universitatea Harvard.
Datorită sensibilității sale ridicate la mediu, echipa a trebuit să exfolieze materialul până la straturi atomice extrem de subțiri și stabile pentru a păstra proprietățile dorite. După ani de examinări și experimente, cercetătorii au reușit să identifice interacțiuni cuantice care ar putea indica prezența axionilor.
Translatarea teoriei în practică: Provocările construirii unui detector
În conformitate cu estimările actuale, crearea unui detector funcțional pentru axioni ar putea dura în jur de cinci ani. Perfecționarea tehnicilor de ajustare a frecvenței în funcție de semnătura specifică a axionului reprezintă o provocare separată care ar putea extinde procesul cu încă cel puțin un deceniu. Totuși, cercetătorii rămân optimiști. „Tehnologia este deja disponibilă, dar este nevoie de timp și efort pentru a o dezvolta și rafina”, clarifică David Marsh.
Implicarea unei game variate de cercetători și ingineri din domenii precum fizica
