شکار ماده تاریک با اطلاعات GPS

یک تیم از فیزیکدانان از اطلاعات GPS ماهواره ها برای شکار ماده ی تاریک استفاده کردند. ماده ی تاریک ،ماده ی رمزآلودی که جاذبه ی آن کهکشان ها را کنار هم نگه می دارد.
محققان در گردهمایی انجمن فیزیکدانان آمریکا گزارش می دهند ; هیچ نشانی از فرضیه ای که ماده تاریک حاوی نقص نسبت به شکل فابریک فضا که نقص توپولوژیک نامیده می شود، یافته نشده است.
اما فیزیکدانان می گویند که ویژگی های بسیار زیادی برای این دارند که چگونه نقص ها – اگر آنها وجود داشته باشند – با ماده عادی ارتباط برقرار می کنند.
یافته های آنها نشان می دهد که به شکل عجیبی روش های نوآورانه و در این مورد ارزان می تواند در تست روش های جدید شناسایی ماده تاریک استفاده شود.
Dmitry Budkar ،فیزیکدان تجربی ، در دانشگاه Johannes Gtenburg آلمان که در این تحقیق شرکت نداشته درباره آن می گوید:
این روش بسیار جالب ، خوشایند و هیجان انگیزا ست و هزینه ی آن تقریبا صفر است، چون هزینه صرفا صرف دانشجویانی که اطلاعات را آنالیز می کنند می شود.
نجوم فیزیکدانان ، فکر می کنند ماده ی تاریک ۸۵% کل مواد موجود در دنیا را تشکیل می دهند. با این حال ، تاکنون ماده ی تاریک را بواسطه ی نیروی گرانشی که از خود نشان می دهد ، استنباط کرده اند. برای چند دهه ، فیزیکدانان بسیاری سعی کرده اند به طور مستقیم یک کاندیدای امیدوار کننده برای ذرات ماده تاریک ، که به اصطلاح تاثیر متقابل و ضعیف ذرات بزرگ (WIMPs) است ، پیدا کنند. شور و شوق جست و جو گرها برای یافتن ذرات شناور از کهکشان ما و عبور از زمین بیشتر از همیشه رو به کاهش است.
بسیاری از فیزیکدانان به طور گسترده ای در مورد موضوع ماده تاریک فکر می کنند.
برای مثال ، به جای ذرات زیراتمی جدید ، ماده تاریک می تواند چیزی بیشتر و بزرگتر باشد گسل های میکروسکوپی در فضای خلا به علت نقایص توپولوژیک است. نقص های توپولوژیکی به بهترین شکل با مواد مغناطیسی مانند. نیکل توضیح داده می شود.اتمهای نیکل مانند آهنرباهای کوچک خود عمل می کنند و در زیر یک درجه ی خاص، اتم های همسایه تمایل دارند در همان جهت عمل کنند ، بطوری که میدان مغناطیسی آن ها یکدیگر را تقویت می کنند.اما این ترتیب منظم می تواند نقص ها را رفع کند ، مثلا اگر اتم ها در مناطق مختلف ،در جهت های مختلف قرار بگیرند . وقتی این اتفاق می افتد. ،مناطقی که در آن یک ناحیه دایره ای به نام ”دیواره حائل” قرار دارند ، یک نوع نقص توپولوژیکی اند.
مشابه این وضعیت می تواند در فضا هم رخ دهد. برخی تئوری ها پیش بینی می کنند ، فضای خالی با میدان کوانتومی پر شده است . اگر این میدان با خودش تعامل کند به عنوان یک جهان نابالغ گسترش یافته و سرد می شود، میدان ممکن است بر روی یک مقدار یا فاز صورت بگیرد، که کمی شبیه جهتی است که نیکل نشان می دهد. مناطق مختلف فضا با فازهای مختلف می توانند در دیواره حائل باهم برخورد کنند . دیواره حائل دارای انرژی و بنا به فرمول معروف انیشتین E=mc^2 ، دارای جرم خواهد بود. پس آنها جاذبه تولید خواهند کرد می توانند ماده تاریک باشند.
Benjamin Roberts و Andrei Derevianko ، دو. فیزیکدان دانشگاه Nevadaاند که با همکارانشان ، مدعی اند قانع کننده ترین مطالعه درباره ماده تاریک توپولوژیک را تا به امروز با استفاده از آرشیو اطلاعات صورت های فلکی از۳۱ ماهواره GPS انجام داده اند، هر ماهواره شامل یک ساعت اتمی و برنامه سیگنال های تایم بندی شده است. گیرنده های زمینی از اطلاعات تایم بندی شده با ماهواره های متعدد استفاده می کنند تا معین کنند فاصله هرکدام از آنها چقدر است، بنابراین موقعیت آنرا بفهمند.
برای استفاده از این داده ها برای جستجوی ماده تاریک، محققان مجبور به استفاده از کمی فیزیک گمانه زنی شدند. نظریه بیان می کند که در یک نقص توپولوژی، ثابت های طبیعت تغییر خواهد کرد. به طور خاص، گذر از نقص توپولوژیک باید با حقه ی به اصطلاح ساختار خوب ثابت ، که قدرت نیروی الکترومغناطیسی و فرکانس دقیق تابش را تعیین می کند ، صورت بگیرد. که یک اتم جذب یا منتشر می شود به عنوان یک الکترون در آن، از یک کوانتیزه سطح انرژی به دیگری. اما یک ساعت اتمی با اندازه گیری فقط یک فرکانس کار می کند. بنابراین یک ماهواره GPS برای عبور از یک نقص توپولوژیک، این نقص باید موجب شود که ساعت اتمی ماهواره یک ضربان رابپرد.
یک پرش در یک ساعت اتمی برای ضعف های توپولوژیکی کافی نیست. بنابراین محققان برای سیگنال قوی تر، بدنبال موج تغییرات زمانی که در سراسر کل شبکه GPS 50،۰۰۰ که اگر زمین هنگام گردش کهکشان در ابر ماده تاریک خود از یک دیواره حائل بزرگ عبور کند ، هستند.
رابرتز در نشست گفت:
با تلفیق ۱۶ سال داده GPS، آنها شواهدی از تغییر بیش از نیم نانو ثانیه نیافتند. آنها محدودیتی برای تعداد نقصهای توپولوژیکی و شدت تعامل آنها با آن ماده را قرار دادند.( محدودیتی که چقدر شدت آنها با مقادیر ماده ای که تا شش مرتبه بیشتر سخت تر از آنچه که توسط مطالعات قبلی انفجارهای ابرنواختر تعیین شده است.) محققان هنوز به محدودیت های تعیین شده توسط سر و صدای ساعت ها نرسیده اند، “بنابراین امکان زیادی برای بهبود وجود دارد”.
گلنیش فارر، نظریه پرداز دانشگاه نیویورک در شهر نیویورک می گوید:
به نظر می رسد یک مطالعه ارزشمند برای پیگیری است. ایده سیگنال شما چقدر برای تفکر درباره آن جذاب است.
مدل خاص ماده تاریک که روبرتس، Derevianko و همکارانش روی آن کار می کنند “نسبتا باریک” است. به عنوان مثال، او می گوید، آنها باید فرض کنند که دیوار حائل خیلی ضخیمتر از زمین نیست. بودکر با این نکته موافق است اما او همچنین یادآور می شود که این کار تنها نمونه ای از یک ایده جدید است که فیزیکدانان به دنبال انواع مختلفی از مواد تاریک هستند.