Ви знаєте стару приказку: «Хочеш щось приховати, поклади це на очах?» Що ж, згідно з новою пропозицією двох професорів фізики, ця логіка може бути причиною того, що вчені так довго боролися, щоб знайти таємничу масу, яка, як вважають, становить 27% матерії у Всесвіті.
Коротше кажучи, ці два фізики вважають, що темну матерію можна знайти так само, як і найшвидший шлях до роботи: звернувшись до Глобальної системи позиціонування.
Андрій Дерев'янко з Університету Невади в Рено та Максим Поспєлов з Університету Вікторії та Інституту теоретичної фізики Периметра в Канаді запропонували цей метод на початку цього року на серії відомих наукових конференцій, де він зустрів загальне схвалення. .
Їхня ідея передбачає використання супутників GPS та інших мереж атомного годинника та порівняння їх часу для пошуку розбіжностей. Дерев’янко і Поспєлов припускають, що темна матерія може мати руйнівний вплив на атомні годинники, і що, дивлячись на існуючі мережі атомних годинників, можна було б помітити осередки темної матерії за їх характерним підписом.
Вони починають перевіряти цю теорію, аналізуючи дані годинника з 30 супутників GPS, які використовують атомні годинники для щоденної навігації. Корельовані мережі атомних годинників, такі як GPS та деякі вже існуючі наземні мережі, можуть використовуватися як потужний інструмент для пошуку топологічного дефекту темної матерії, де спочатку синхронізовані годинники стануть десинхронізованими.
Зображення космічного телескопа Хаббл гравітаційного лінзування в скупченні галактик Abell 2218 вказує на наявність великої кількості темної матерії. Авторство зображення: NASA/Ендрю Фрухтер/STScI
«Незважаючи на надійні спостережні докази існування темної матерії, її природа залишається загадкою», – сказав Дерев’янко, професор Коледжу наук університету. «Деякі дослідницькі програми з фізики елементарних частинок припускають, що темна матерія складається з матерії, схожої на важкі частинки. Це припущення може не відповідати дійсності, і існує значний інтерес до альтернатив».
Їхня пропозиція ґрунтується на ідеї, що темна матерія може виникнути з тріщин у квантових полях Всесвіту, які можуть порушити такі фундаментальні властивості, як маса електрона, і вплинути на те, як ми вимірюємо час. Це є відривом від більш традиційного погляду на те, що темна матерія складається з субатомних частинок, таких як WIMPs та аксиони.
«Наше дослідження переслідує ідею, що темна матерія може бути організована як велика газова сукупність топологічних дефектів або енергетичних тріщин», – сказав Дерев’янко. «Ми пропонуємо виявити дефекти, темну матерію, коли вони проносяться через нас за допомогою мережі чутливих атомних годин. Ідея полягає в тому, що там, де годинники виходять з синхронізації, ми знаємо, що темна матерія, топологічний дефект, пройшла повз. Насправді ми передбачаємо використання сузір’я GPS як найбільшого створеного людиною детектора темної матерії».
Дерев’янко співпрацює над аналізом даних GPS із Джеффом Блюіттом, директором геодезичної лабораторії Невади, також у Науковому коледжі Університету Невади в Ріно. Геодезична лабораторія розробила та підтримує найбільший у світі центр обробки даних GPS, здатний обробляти інформацію з близько 12 000 станцій по всьому світу безперервно, 24/7.
Художнє зображення вакуумної трубки, одного з основних компонентів атомного годинника. Авторство: NASA
Блюїт, також фізик, пояснив, як масив атомних годинників може виявляти темну матерію.
'Ми знаємо, що темна матерія повинна бути там, наприклад, тому що видно, що вона обертає світло навколо галактик, але у нас немає доказів того, з чого вона може бути зроблена', - сказав він. «Якби темної матерії не було, звичайної матерії, про яку ми знаємо, було б недостатньо, щоб викривити світло так сильно, як воно. Це лише один із способів, з якого вчені знають, що десь у галактиці є величезна кількість темної матерії. Одна з можливостей полягає в тому, що темна матерія в цьому газі може бути створена не з частинок, як звичайна матерія, а з макроскопічних недосконалостей у тканині простору-часу.
«Земля проходить через цей газ, коли він обертається навколо галактики. Таким чином, для нас газ буде схожим на галактичний вітер темної матерії, що дме через систему Землі та її супутники. Коли темна матерія пролітає повз, це іноді змушує годинники системи GPS виходити з синхронізації з контрольним шаблоном протягом приблизно 3 хвилин. Якщо темна матерія спричинить розсинхронізацію годинників більш ніж на мільярдну частку секунди, ми зможемо легко виявити такі події».
«Такий тип роботи може трансформувати науку і може повністю змінити те, як ми думаємо про наш Всесвіт», — сказав Джефф Томпсон, фізик і декан університетського коледжу наук. «Андрій — фізик світового рівня, і він уже зробив визначний внесок у фізику. Дивно спостерігати за дивовижною роботою, яка надходить від нього та його групи».
Дерев’янко викладає квантову фізику та супутні предмети в Університеті Невади, Ріно. Він є автором понад 100 реферованих публікацій з теоретичної фізики. Він є членом Американського фізичного товариства, стипендіатом Саймонса з теоретичної фізики та стипендіатом програми Фулбрайт. Серед різноманітних тем дослідження він зробив внесок у розробку кількох нових класів атомних годинників і точних тестів фундаментальної симетрії з атомами та молекулами.
Їхнє дослідження з’явилося на початку цього тижня в онлайн-версії наукового журналу Фізика природи , попереду друкованої версії.
Подальше читання: Університет Невади
