Investigadores de la Universidad de Delaware, La Universidad de Arizona y el Haverford College han introducido recientemente la idea de buscar materia oscura escalar utilizando resonadores acústicos compactos. Su papel publicado en Cartas de revisión física , demuestra teóricamente el potencial de los sistemas mecánicos en la búsqueda de materia oscura.

"Como teórico que se inició en el campo de la optomecánica como estudiante de posgrado, A menudo me he preguntado si es posible utilizar algunos de los exquisitos dispositivos que mis colegas experimentales están desarrollando como sensores para detectar nuevos fenómenos físicos. "Swati Singh, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Cuando leo un artículo sobre cómo ciertos tipos de materia oscura pueden provocar una señal de tensión periódica, Hice la conexión con mi trabajo anterior sobre la detección de ondas gravitacionales de los púlsares. El objetivo de nuestro artículo reciente era mostrar la promesa de una gama mucho más amplia de dispositivos mecánicos como sensores de sobremesa de materia oscura ".

Desde hace muchos años, Los físicos teóricos han predicho la existencia de partículas que no emiten, reflejar o absorber la luz, y por lo tanto no puede detectarse utilizando herramientas tradicionales para el estudio de la materia. Si bien muchos investigadores han intentado detectar estas partículas, conocida como materia oscura, su naturaleza precisa permanece desconocida.

"Aunque no sabemos qué es la materia oscura, podemos simplificar la búsqueda centrándonos en partículas motivadas teóricamente, "Jack Manley, otro investigador involucrado en el estudio reciente, dijo Phys.org. "Hemos optado por buscar materia oscura 'ultraligera':partículas que en teoría son más ligeras que los neutrinos".

Los investigadores plantean la hipótesis de que la materia oscura ultraligera es extremadamente ligera, más ligero incluso que los neutrinos. Si existieran tales partículas de materia oscura, su densidad sería tan grande que sería mejor verlos como un fluido que impregna la galaxia, produciendo una perturbación en forma de onda sobre la materia normal.

"La hipótesis de la materia oscura ultraligera está motivada por escenarios de la teoría de cuerdas, y además, podría explicar algunas discrepancias desconcertantes entre las predicciones de moléculas oscuras más prosaicas y la distribución de la materia oscura en escalas galácticas, "Daniel Grin, otro investigador involucrado en el estudio, dijo Phys.org.

En su estudio, Singh, Manley, Grin y sus colegas buscaron un tipo específico de partícula que hace que los tamaños de los átomos oscilen, denominada materia oscura escalar. Esta oscilación sería pequeña para un solo átomo, sin embargo, puede amplificarse en objetos compuestos por varios átomos. Los objetos que vibran naturalmente en sincronía con esta oscilación podrían amplificar el efecto aún más, parecido a un instrumento musical.

"Un elemento clave de nuestro trabajo es identificar una clase de objetos mecánicos que vibran a la frecuencia de la materia oscura ultraligera y producen una resonancia muy limpia, "Dalziel Wilson, otro investigador que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Proponemos escuchar estos dispositivos en un ambiente muy silencioso, ambiente criogénico, utilizando la luz como una especie de micrófono ".

Los investigadores quieren utilizar resonadores acústicos compactos hechos de helio superfluido o materiales monocristalinos para buscar candidatos a materia oscura escalar. Sus predicciones teóricas sugieren que estos resonadores podrían acceder a un amplio segmento de espacio de parámetros no examinado previamente.

En general, el reciente estudio realizado por Singh, Manley, Sonrisa, Wilson y sus colegas destacan el potencial de los sistemas mecánicos de última generación en la escala cm para detectar materia oscura en regímenes previamente inexplorados. con masas de partículas individuales que van desde 10 ^-48 kg hasta 10 ^-42 kg. En el futuro, estos resonadores podrían jugar un papel crucial en la búsqueda de materia oscura, particularmente eso en el régimen ultraligero.

"Al instigar colaboraciones entre la óptica cuántica y las comunidades de física de alta energía (como hicimos al involucrar al físico de partículas Daniel Grin), Podemos desarrollar una mejor comprensión mutua de la motivación y las limitaciones de los nuevos detectores de materia oscura. "Dijo Singh.

Fotones oscuros Partículas hipotetizadas para ser matemáticamente similares a los fotones, son uno de los candidatos a materia oscura vectorial más populares. Si bien estas partículas nunca se han observado antes, ahora hay una cantidad sustancial de teoría sobre ellos.

En sus estudios futuros, a los investigadores les gustaría usar resonadores compactos para buscar fotones oscuros. Sus cálculos iniciales sugieren que estos dispositivos mecánicos podrían establecer nuevos límites sobre la fuerza con la que los fotones oscuros se acoplarían a la materia normal. pero esto solo puede confirmarse mediante estudios experimentales.

"Actualmente estamos diseñando un experimento para buscar vector de materia oscura, que se acopla a la posición en lugar del tamaño de los átomos, "Dijo Wilson." Una cuerda simple o un resonador mecánico similar a un tambor sería sensible a este tipo de sacudidas. Curiosamente, esfuerzos para medir el movimiento cuantificado de nanocadenas y membranas a escala cm, en el campo de la optomecánica de cavidades, ya podría establecer nuevas restricciones sobre la existencia de tal materia oscura ".

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