Teorin kan uteslutas – forskare allt närmare hemligheten bakom mörk materia

2022-07-26 10:04  

Mörk materia beräknas utgöra ungefär 85 procent av materian i universum. Tack vare experimentet Organ är vi nu ett steg närmare att ta reda på vad det består av. 

Vad har hänt? 

Experimentet Organ (Oscillating resonant group axion) i Australien har genom att använda sig av ett så kallat haloskop kunnat avfärda axion like particle cogenesis-modellen, en av de många teorier som ger sig på att förklara mörk materia.

Genom att utesluta en teori kan forskningen nu riktas mot de kvarvarande kandidaterna. Studien publicerades nyligen i tidskriften Science Advances

Vad är en axion? 

Mörk materia utgör runt 85 procent av all materia i universum och har fått sitt namn för att det – till synes – inte interagerar med elektromagnetiska fält. Det varken reflekterar, absorberar eller avger elektromagnetisk strålning. 

Anledningen till att man tror att mörk materia finns är bland annat på grund av hur det interagerar genom gravitation. Många galaxer skulle till exempel bete sig annorlunda om det där inte fanns stora andelar osynlig materia. 

En av kandidaterna till mörk materia är axionen. Det är en hypotetisk partikel som aldrig har detekterats. Den svagt växelverkande partikeln föreslogs först som en lösning på ett problem som dök upp inom kvantkromodynamiken. Kvantkromodynamiken är den teoretiska beskrivningen av stark växelverkan inom partikelfysiken, alltså beskrivningen av den kraft som bland annat håller samman atomkärnor.

Axionens egenskaper gör dessutom att den skulle kunna utgöra en del av den mörka materian. Partikeln, om den finns, är elektriskt neutral, har spinn 0 men har en hittills obestämd massa.

Illustration av en axion. Foto: Science Photo Library/TT

Hur har forskarna uteslutit teorin?

Det finns flera sätt som forskare försöker bevisa att axioner existerar. Vid Organ i Australien använder man sig av ett haloskop. Där skapas ett starkt magnetfält i en metallcylinder med målet att få de hypotetiska partiklarna att interagera med fältet. 

Eftersom axioner är svagt växelverkande partiklar så är det svårt att observera dessa. Men om ett magnetfält resonerar vid precis rätt frekvens kan interaktioner uppstå. I teorin skapas då, av en axion, två fotoner som vi sedan kan mäta. Frekvensen på de uppmätta fotonerna kommer då att vara kopplad till massan av den hypotetiska axionen. 

En modell som kallas Standard model axion seesaw higgs portal inflation (Smash) förutspår att massan för en axion bör ligga mellan 50 och 200 mikroelektronvolt (μeV). Forskarna vid Organ har som mål att skanna majoriteten av intervallet genom att ändra frekvensen hos magnetfältet. 

Enligt den av forskarna nu uteslutna teorin, axion-like particle cogenesis-modellen, bör massan för partikeln ligga mellan 63 och 67 μeV. I detta område har dock inga axioner detekterats vid Organ, och resultaten har ett konfidensintervall på 95 procent. På grund av detta kan forskarna alltså utesluta detta specifika massintervall för axionen. 

Vad följer härnäst? 

Forskarna vid Organ kommer att fortsätta undersöka de möjliga massorna för partikeln som förutspås av Smash-modellen. Även om inte haloskopet i Australien hittar axioner kan de hjälpa andra experiment att avgöra var de ska leta.

– Även om vi inte har hittat något så är det väldigt spännande eftersom det är Australiens första storskaliga och långsiktiga direkta experiment för att detektera mörk materia. Det har också gett oss användbar information om vad mörk materia av axioner inte är. Det talar om för framtida axionundersökningar över hela världen var de inte ska leta, säger Aaron Quiskamp, en av fysikerna bakom studien, i ett pressmeddelande.

Fler resultat väntar snart

Forskning pågår på fler platser i världen. Forskare vid Gran Sasso-laboratoriet i Italien hoppas inom någon månad kunna presentera fysiska bevis för att mörk materia faktiskt finns, rapporterar Vetenskapsradion. Den underjordiska detektorn är en av världens största.

Cerns axionteleskop

Ett annat experiment som letar efter axioner är Cern axion solar telescope (Cast) som samlat in data från solen sedan 2003. Om axioner finns skulle de kunna skapas i solens kärna när röntgenstrålar interagerar med elektroner och protoner i närheten av starka elektriska fält.  

Teleskopet är byggt kring an 9,26 meter lång magnet som kan skapa ett magnetfält på upp till 9,5 tesla. Axionerna från solen ska interagera med det starka magnetfältet för att konverteras tillbaka till röntgenstrålning som sen ska mätas.  

Teleskopet riktas mot solen en och en halv timme vid soluppgång och lika lång tid vid solnedgång varje dag. 

Bill Burrau

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt