Pionierski eksperyment z ciemną materią w Polsce
W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (UMK) dokonuje się obecnie pionierski eksperyment, dzięki któremu może uda nam się poznać tajemnice ciemnej materii. Badania nad nią prowadzone są w różnych ośrodkach badawczych na świecie od dawna...
W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (UMK) dokonuje się obecnie pionierski eksperyment, dzięki któremu może uda nam się poznać tajemnice ciemnej materii. Badania nad nią prowadzone są w różnych ośrodkach badawczych na świecie od dawna. Jednak w odróżnieniu od projektu Polaków, skupiają się one na badaniach ciemnej materii w otchłani kosmosu.
"Efekty fizyczne sugerujące istnienie ciemnej materii były do tej pory obserwowane tylko w skali galaktycznej. Wyjaśnienie obserwowanego ruchu ciał wewnątrz galaktyk czy charakterystycznego załamania światła, które dociera do Ziemi, wymagałoby znacznie silniejszego oddziaływania grawitacyjnego niż to, którego źródłem była dostrzegalna materia" ... "Zaobserwowanie ciemnej materii w warunkach laboratoryjnych byłoby prawdziwym przełomem. Nam udało się wykorzystać narzędzie pozwalające poszukiwać ciemnej materii oraz zmierzyć, że jeżeli ciemna materia rzeczywiście istnieje, to nie oddziałuje ona ze znaną nam materią silniej niż pewna wyznaczona przez nas wartość." - powiedział dr Piotr Wcisło, szef projektu.
Tak więc specjaliści z Polski chcą poszukać ciemnej materii w warunkach laboratoryjnych. Jest to możliwe przy użyciu Polskiego Optycznego Zegara Atomowego (POZA), zbudowanego dwa lata temu wspólnym wysiłkiem badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.
Poznanie istoty jednego z najbardziej fundamentalnych problemów fizyki, jest dla astronomów na wagę złota, gdyż mówi się, że ciemnej materii jest we Wszechświecie aż 4 razy więcej niż zwykłej materii, a determinuje ona przecież wszystkie kluczowe procesy formowania obiektów w przestrzeni kosmicznej.
Naukowcy z Torunia aktualnie skupiają się na badaniu kolejnej teorii, mówiącej o tym, że istnieją makroskopowe obiekty ciemnej materii, tzw. defekty topologiczne, które powstały we wczesnym, jeszcze szybko schładzającym się Wszechświecie. Defekt taki możemy wyobrazić sobie jako ścianę (o nieznanej nam grubości), która "przelatuje" przez Wszechświat.
Schemat wykorzystania optycznego zegara atomowego. Fot. Nature Astronomy.
"Jeśli taki obiekt przemknie przez Krajowe Laboratorium FAMO i jeśli jakkolwiek sprzęga się ze standardową materią, którą znamy, to w tym momencie najczulsze urządzenia na świecie, jakim jest optyczny zegar atomowy, zacznie tykać nieco inaczej." – wyjaśnia dr Wcisło.
Taką metodę próby badania ciemnej materii chcieli podjąć fizycy z innych ośrodków na świecie, jednak obliczenia pokazały, że byłoby to bardzo karkołomne i bardzo kosztowne rozwiązanie.
Pionierskim pomysłem dr. Piotra Wcisło była opcja wykorzystania nawet pojedynczego optycznego zegara atomowego, który jest czuły na poszukiwane zaburzenia. Jako wzorzec częstości wykorzystuje się w nich nie tylko ultrazimne atomy, ale też wnękę optyczną, która jest jednym ze standardowych elementów takiego zegara.
W praktyce będzie wyglądało to tak, że jeśli będą różnice w częstotliwości światła pochłanianego przez atomy oraz przechodzącego przez wnękę, to będziemy wiedzieli, że doszło do spotkania z ciemną materią.
"Optyczne zegary atomowe wykorzystujące ultrazimne atomy i wnęki optyczne, używane są od lat, jednak przez ten czas eksperymentatorzy nie dostrzegli tego potencjału" ... "Czasem połączenie prostych faktów prowadzi do ciekawych konsekwencji. Tak było w tym przypadku." – podkreśla prof. Roman Ciuryło.
Polacy docelowo chcą pójść w swoich badaniach jeszcze dalej i, wraz z innymi ośrodkami badawczymi posiadającymi optyczne zegary atomowe, stworzyć globalny system wykrywania i obserwacji ciemnej materii.
Źródło:
