科学家们设计了一种3D打印真空系统来探测暗物质和探索暗能量

2024年07月03日 11:05 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

诺丁汉大学物理学院的科学家们创建了一个 3D 打印真空系统,他们将在一项新实验中使用该系统来降低气体密度,然后加入超冷锂原子,尝试探测暗墙。这项研究发表在《物理评论 D》上。

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诺丁汉大学(University of Nottingham)的研究人员开发出一种新方法,利用3D打印真空系统来探测暗物质,并有可能揭示暗能量的本质。该系统操纵气体密度,利用超冷锂原子来探索标量场的影响,旨在观察标量场相变过程中形成的畴壁--缺陷。诺丁汉大学实验室中的激光光子系统。资料来源:诺丁汉大学

物理学院的克莱尔-伯拉格(Clare Burrage)教授是这项研究的主要作者之一,她解释说:"我们可以看到它们对宇宙行为的影响,但我们不知道它们是什么。人们试图测量暗物质的一种方法是引入一种叫做标量场的粒子。暗物质是星系中缺失的质量,暗能量可以解释宇宙膨胀加速的原因。我们正在寻找的标量场可能是暗物质,也可能是暗能量。通过引入超冷原子并研究其产生的影响,我们或许能够解释宇宙膨胀加速的原因,以及这是否会对地球产生任何影响。"

研究人员建造三维容器的理论基础是,具有双井电势和直接物质耦合的轻标量场会发生密度驱动的相变,从而形成畴壁。

伯拉格教授继续说道:"当密度降低时,就会形成缺陷--这类似于水冻结成冰时,水分子是随机的,当它们冻结时,就会形成晶体结构,分子随机排列,有的排列成一条线,有的排列成另一条线,这就形成了断层。当密度变低时,标量场中也会发生类似的情况。你无法用肉眼看到这些断层线,但如果粒子穿过这些断层线,可能会改变它们的轨迹,这些缺陷就是暗墙,可以证明标量场理论--这些场存在或不存在。"

为了检测这些缺陷或暗壁,研究小组创造了一种特殊设计的真空,他们将在新实验中使用这种真空,模拟从高密度环境到低密度环境的移动。利用新装置,他们将用激光光子把锂原子冷却到接近绝对零度的-273,在这个温度下,锂原子具有量子特性,从而使分析更加精确和可预测。

物理学院副教授露西娅-哈克穆勒(Lucia Hackermueller)领导了实验室实验的设计工作,她解释说:"我们用作真空室的 3D 打印容器是根据暗壁的理论计算建造的,这创造了我们认为能够捕获暗物质的理想形状、结构和质地。为了成功证明暗壁已被捕获,我们将让冷原子云穿过这些暗壁。然后,原子云会发生偏转。为了冷却这些原子,我们会向原子发射激光光子,从而降低原子中的能量--这就好比用雪球让大象减速!"

团队花了三年时间建立了这套系统,他们希望在一年内取得成果。

哈克穆勒博士补充说:"无论我们是否证明了暗墙的存在,这都将是我们在理解暗能量和暗物质方面迈出的重要一步,也是一个很好的例子,说明如何设计一个控制良好的实验室实验,以直接测量与宇宙相关但无法观测到的效应。"

编译自/ScitechDaily

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