Atomové hodiny obíhající poblíž Slunce dokázaly detekovat temnou hmotu

Zatímco na Zemi bylo provedeno mnoho experimentů, které se pokusily odhalit temnou hmotu, záhadná látka zůstává nepolapitelná. Fyzici nyní navrhli nový experiment, který by se pokusil najít signály zasláním atomových hodin tam, kde by temná hmota měla být nejhustší – přímo v blízkosti Slunce.

Hmota, kterou každý den vidíme všude kolem sebe, tvoří jen asi 15 % hmoty ve vesmíru. Zbylých 85 % je připisováno zvláštní, neviditelné látce, která neodráží ani nevyzařuje světlo, odtud pochází její strašidelně znějící název temná hmota. Dává však najevo svou přítomnost prostřednictvím svých gravitačních interakcí se světlem a hmotou a důkazy o její existenci stále přibývají.

Je však frustrující, že nejlepší důkaz ze všech – přímá detekce – stále uniká vědcům navzdory desetiletím hledání. Byly provedeny experimenty k detekci temné hmoty na základě vlastností, které může nebo nemusí mít, podle předpovědí různých modelů. Nejčastějším tématem je umístit obrovskou nádrž s materiálem detektoru hluboko pod zem, daleko od rušení, a čekat na vzácný případ, kdy částice temné hmoty narazí na atomové jádro v nádrži. Jiné experimenty sledují elektromagnetické efekty, které podle předpovědi produkují některé hypotetické částice temné hmoty.

Zatím žádný z těchto experimentů neodhalil žádné známky toho. Ale možná je to proto, že jsme hledali na špatném místě – Zemi. Modely naznačují, že nejvyšší hustota temné hmoty ve sluneční soustavě by byla přímo v blízkosti Slunce, takže nová studie navrhuje, abychom začali hledat.

Vědci z Kavli IPMU, University of California, Irvine a University of Delaware nastínili potenciální novou metodu pro detekci temné hmoty v blízkosti Slunce. Tam by hustota materiálu měla být dostatečně vysoká, aby jeho předpovězené signály byly mnohem jasnější, než by byly na Zemi.

V modelech, kde částice temné hmoty mají extrémně malé hmotnosti, by se předpovídalo, že vyvolávají oscilace v určitých přírodních konstantách, jako je hmotnost elektronu nebo síla elektromagnetismu. Tyto změny by zase ovlivnily energie atomů při jejich přechodu mezi stavy. Vzhledem k tomu, že atomové hodiny fungují na základě měření frekvence fotonů emitovaných atomy při přechodu mezi stavy, měly by být schopny detekovat, kdy temná hmota způsobuje tyto oscilace.

„Čím více temné hmoty je kolem experimentu, tím větší jsou tyto oscilace, takže při analýze signálu hodně záleží na místní hustotě temné hmoty,“ řekl Joshua Eby, autor studie.

Důležité je, že tým říká, že technologie potřebná k provedení experimentu již existuje. Atomové hodiny se široce používají k synchronizaci kosmických lodí a speciální stínění sondy Parker Solar Probe demonstrovalo, že lze uskutečnit oběžné dráhy blízko Slunce.

„Vesmírné mise na dlouhé vzdálenosti, včetně možných budoucích misí na Mars, budou vyžadovat výjimečné měření času, které by bylo zajištěno atomovými hodinami ve vesmíru,“ řekl Eby. „Možná budoucí mise se stíněním a trajektorií velmi podobnou sondě Parker Solar Probe, ale nesoucí aparaturu atomových hodin, by mohla stačit k provedení pátrání.“

I když v současné době není žádné slovo o tom, kdy nebo zda by tento koncept mohl být někdy realizován, je to zajímavý nápad.

V časopise byl publikován článek popisující myšlenku Astronomie přírody.

Zdroj: Kavli IPMU