آشکارسازهای گرانشی این بار در فکر به دام انداختن فوتون‌ های تاریک

 ماهیت ماده‌ تاریک با مفاهیمی نظیر جرم و گرانش درهم آمیخته شده، در واقع وجود و ویژگی‌های ماده تاریک را می‌توان به‌طور غیرمستقیم و از طریق تاثیرات گرانشی‌اش بر روی ماده‌ مرئی، تابش و ساختار بزرگ‌مقیاس جهان نتیجه گرفت. پس شاید چندان دور از ذهن نباشد اگر تصور کنیم که می‌توان از  آشکارسازهای گرانشی برای یافتن ماده‌ تاریک استفاده کرد، به شرطی که آنها از ذراتی ویژه به نام فوتون های تاریک ساخته شده باشند. درحقیقت مطالعات اخیر دانشمندان دانشگاه میشیگان نشان می‌دهد این تصور چندان هم خیال‌ پردازی نیست، به این منظور آشکارسازها بدون نیاز به تغییر می‌توانند با دقت مناسبی به جستجوی ماده‌ تاریک بپردازند. با دیپ لوک همراه باشید…

دانشمندان LIGO (مرکز مشاهدات امواج گرانشی لرزه ای) قصد دارند در آینده، پژوهشی در مورد فوتون‌های تاریک (نوع خاصی از ذرات که ماده تاریک را می‌سازند) برای شناخت برخی از مناطق کشف نشده فضای پارامتری آن انجام دهند. در این زمینه گروهی از دانشمندان از دانشگاه میشیگان اخیرا طرح پیشنهادی خود را برای استفاده از آشکارسازهای گرانشی برای جست‌و‌جوی ماده تاریک در نشریه  Physical Review Letters منتشر کرده اند. این طرح به خوبی زمینه جدید اخترشناسی امواج گرانشی را با فیزیک ذرات مرتبط می‌کند. ژائو رهبر این تیم توضیح می‌دهد:

آشکارسازهای گرانشی بدون هیچ تغییری می توانند به عنوان یک حسگر مستقیم بسیار حساس برای ماده تاریک عمل کنند و امکان کشف ماده تاریک را با مرتبه‌ی پنج سیگما فراهم آورند.

فیزیکدانان در مقاله خود توضیح می‌دهند اگر فوتون های تاریک، جرم بسیار کمی داشته‌ باشند می‌توان انتظار داشت که مانند یک پس زمینه‌ی نوسان ساز رفتار کنند، البته باید اشاره کرد که جرم آنها تعیین کننده فرکانس نوسان است. آشکارسازهای گرانشی می‌توانند بالقوه این نوسانات را تشخیص دهند، زیرا ممکن است این نوسانات بر روی اشیای آزمایش موجود در آشکارساز ها تاثیر بگذارند. برای مثال، اگر اشیای آزمایش که در آشکارسازها قرار دارند جابه جایی های مختلفی را تجربه کنند، این تفاوت می‌تواند ناشی از اختلاف فاز نسبی نوسانات میدان فوتون تاریک در این نقاط مختلف باشد.

فیزیکدانان انتظار دارند هم آشکارسازهای گرانشی موجی زمین-پایه مانند LIGO و هم آشکارسازهای گرانشی فضا-پایه مانند LISA قادر به جست‌وجوی فوتون ماده تاریک باشند. استفاده بیش از یک آشکارساز ما را قادر خواهد کرد که بررسی بهتری داشته باشیم و از طرفی نیز باعث بهبود حساسیت و دقت در اندازه گیری می‌شود.

دانشمندان در آینده قصد دارند تا در زمینه توسعه روش جدید جست‌و‌جوی ماده تاریک و همینطور این موضوع که هنگام نزدیک بودن فوتون تاریک به آشکارساز، دقیقا چه سیگنالی دریافت می‌شود, فعالیت کنند. ژائو میگوید:

برنامه ما برای فعالیت در این زمینه بسیار فراتر از یک طرح نظری است. ما قصد داریم تجزیه و تحلیل داده‌ها را با استفاده از یک مدل سیگنال ساده و یک الگوریتم جستجو انجام دهیم، سپس به تدریج روش جستجو را اصلاح و دقیق تر کنیم که این فرآیند شامل شبیه سازی دقیق پاسخ سگینال و آشکارساز است.