Du känner till det gamla talesättet: "Om du vill dölja något, sätta det i synen?" Enligt ett nytt förslag från två fysikprofessorer kan denna logik vara anledningen till att forskare har kämpat så länge för att hitta den mystiska massan som tros utgöra 27% av ämnet i universum.
Kort sagt, dessa två fysiker tror att mörk materia kan hittas på samma sätt som du kan hitta den snabbaste vägen att arbeta: genom att konsultera Global Positioning System.
Andrei Derevianko, University of Nevada, Reno och Maxim Pospelov, University of Victoria and the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada, föreslog denna metod tidigare i år vid en serie kända vetenskapliga konferenser, där det möttes med allmänt godkännande .
Deras idé kräver användning av GPS-satelliter och andra atomklocknätverk och jämför sina tider för att leta efter avvikelser. Derevianko och Pospelov antyder att mörk materia kan ha en störande inverkan på atomklockor, och att genom att titta på befintliga nätverk av atomklockor kan det vara möjligt att upptäcka fickor med mörk materia genom deras distinkta signatur.
De två börjar testa denna teori genom att analysera klockdata från de 30 GPS-satelliterna, som använder atomklockor för vardaglig navigering. Korrelerade nätverk av atomklockor, till exempel GPS och vissa marknät som redan finns, kan användas som ett kraftfullt verktyg för att söka efter den topologiska defekta mörka materien där initialt synkroniserade klockor blir desynkroniserade.
"Trots solida observationsbevis för förekomsten av mörk materia, förblir dess natur ett mysterium," sade Derevianko, professor vid University of Science vid University. ”Vissa forskningsprogram inom partikelfysik antar att mörk materia består av tung partikelliknande materia. Detta antagande kanske inte stämmer, och det finns ett betydande intresse för alternativ. ”
Deras förslag bygger på tanken att mörk materia kan komma från sprickor i universumets kvantfält som kan störa sådana grundläggande egenskaper som en elektronmassa och påverka hur vi mäter tid. Detta representerar ett avbrott från den mer konventionella uppfattningen att mörkt material består av subatomära partiklar som WIMP: er och axioner.
"Vår forskning bedriver tanken på att mörk materia kan organiseras som en stor gasliknande samling av topologiska defekter eller energisprickor," sa Derevianko. ”Vi föreslår att upptäcka defekterna, den mörka materien, när de sveper genom oss med ett nätverk av känsliga atomklockor. Tanken är, där klockorna går ur synkronisering, skulle vi veta att mörk materia, den topologiska defekten, har gått förbi. I själva verket föreställer vi oss att använda GPS-konstellationen som den största mänskliga byggda mörkretsdetektorn. "
Derevianko samarbetar för att analysera GPS-data med Geoff Blewitt, chef för Nevada Geodetic Laboratory, också vid University of Science vid University of Nevada, Reno. Geodetic Lab utvecklade och underhåller det största GPS-databehandlingscentret i världen som kan bearbeta information från cirka 12 000 stationer runt om i världen kontinuerligt, dygnet runt.
Blewitt, också en fysiker, förklarade hur en rad atomklockor eventuellt kunde upptäcka mörk materia.
"Vi vet att den mörka materien måste vara där, till exempel för att det ses att böja ljus runt galaxer, men vi har inga bevis för vad den kan vara gjord av," sade han. ”Om den mörka materien inte var där, skulle den normala saken som vi vet om inte vara tillräcklig för att böja ljuset så mycket som det gör. Det är bara ett av de sätt forskarna vet att det finns en enorm mängd mörk materia någonstans där ute i galaxen. En möjlighet är att den mörka substansen i denna gas inte kan vara gjord av partiklar som normalt material, utan av makroskopiska brister i rymdens tyg.
”Jorden sveper genom denna gas när den kretsar kring galaxen. Så för oss verkar gasen vara som en galaktisk vind av mörk materia som blåser genom jordsystemet och dess satelliter. När den mörka materien blåser förbi skulle det ibland få GPS-systemets klockor att synkroniseras med ett berättigat mönster under en period av cirka 3 minuter. Om den mörka saken får klockorna att synkroniseras med mer än en miljardstund av en sekund skulle vi lätt kunna upptäcka sådana händelser. ”
"Denna typ av arbete kan vara transformativ inom vetenskapen och kan helt förändra hur vi tänker på vårt universum," sa Jeff Thompson, en fysiker och dekan vid universitetets vetenskapshögskola. ”Andrei är en fysiker i världsklass och han har redan gjort avgörande bidrag till fysiken. Det är ett under att se det fantastiska arbetet som kommer från honom och hans grupp. ”
Derevianko undervisar i kvantefysik och relaterade ämnen vid University of Nevada, Reno. Han har författat mer än 100 refererade publikationer inom teoretisk fysik. Han är stipendiat i American Physical Society, en Simons-stipendiat i teoretisk fysik och en Fulbright-forskare. Bland olika forskningsämnen har han bidragit till utvecklingen av flera nya klasser av atomklockor och precisionstester av grundläggande symmetrier med atomer och molekyler.
Deras forskning dök upp tidigare i veckan i onlineversionen av den vetenskapliga tidskriften Naturfysik, före tryckversionen.
