Un nou progres în investigarea materiei întunecate: O echipă de cercetători dezvoltă cel mai avansat detector de până acum
Materia întunecată rămâne o enigmă majoră în domeniul fizicii moderne. Deși se estimează că reprezintă până la 85% din masa totală a Universului, aceasta rămâne invizibilă și greu de identificat prin metode tradiționale. Totuși, un studiu recent realizat de o echipă internațională de cercetători de la instituții de prestigiu precum King’s College London, Harvard University și UC Berkeley susține că există motive de speranță în acest domeniu.
Publicată în revista Nature, cercetarea evidențiază anticiparea unui nou tip de detector – denumit „radio cosmic” – care ar putea deveni cel mai precis instrument dezvoltat vreodată pentru a detecta materia întunecată.
Ce reprezintă axionii și de ce au relevanță?
Una dintre cele mai promițătoare teorii legate de natura materiei întunecate sugerează că aceasta este compusă din particule subatomice numite axioni. Aceste particule ipotetice sunt extrem de minuscule, interacționează redus cu materia obișnuită și nu emit sau absorb lumină – aspecte ce le fac greu de depistat.
Datorită caracteristicilor lor, axionii sunt considerați candidați ideali pentru explicarea efectelor gravitaționale observate în Univers, care nu pot fi justificate prin materia vizibilă. Totodată, se crede că aceștia se comportă ca unde, având o frecvență specifică ce poate fi detectată pe spectrul electromagnetic – posibil în intervalul kilohertzi până la terahertzi.
Cum funcționează „radio-ul cosmic” pentru identificarea axionilor?
Pentru a detecta axionii, cercetătorii au dezvoltat așa-numitele cuaziparticule axionice (AQ), simulate în laborator folosind materiale speciale capabile să emite și să recepționeze frecvențe asemănătoare celor presupuse a fi generate de axioni.
AQ-urile sunt concepute pentru a emite o frecvență specifică în spațiu, reglabilă astfel încât să se aline cu frecvența unui axion real. Atunci când cele două frecvențe coincid, detectorul produce cantități infime de lumină – semn că un axion ar fi fost identificat. Așadar, noul dispozitiv funcționează asemănător unui radio care „se acordă” pe frecvența axionilor, încercând să capteze semnalul acestora.
„Am ajuns la un stadiu în care putem construi efectiv un detector de materie întunecată care funcționează ca un radio cosmic automat,” a declarat Dr. David Marsh, co-autoru al studiului și cercetător la King’s College London. „Tehnologia există deja, tot ce ne rămâne de făcut este să avem timp și resurse pentru a o extinde.”
Cum a fost fabricată materialul AQ?
Pentru a crea aceste cuaziparticule, cercetătorii au utilizat un material numit telurură de bismut-mangan (MnBi₂Te₄), care prezintă proprietăți electronice și magnetice deosebite. Ei au exfoliat acest material până l-au redus la doar câteva straturi atomice, obținând în acest fel un control extrem de precis asupra comportamentului său.
„Datorită sensibilității extreme a materialului la aer, a fost necesar să-l reducem la doar câteva straturi atomice pentru a stabiliza și calibra proprietățile sale. A fost o sarcină minuțioasă, dar esențială pentru a permite interacțiunea cu fenomene cuantice precum axionii,” a explicat Jian-Xiang Qiu, autor principal al studiului și cercetător la Harvard.
Ce urmează?
Cercetătorii preconizează că într-o perioadă de aproximativ cinci ani ar putea construi un detector AQ complet funcțional. Cu acesta, ei ar putea demara o explorare sistematică a spectrului electromagnetic în căutarea axionilor – un proces ce ar putea dura până la zece ani.
Deși pare un proiect de lungă durată, perspectivele sunt optimiste. Identificarea axionilor nu ar conduce doar la descoperirea materiei întunecate.
