Wissenschaftler der School of Physics an der Universität Nottingham haben ein spezielles 3D-gedrucktes Vakuumsystem entwickelt, um Dunkle Materie zu „fangen“ und sogenannte Domänenwände zu erkennen. Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Entschlüsselung der Geheimnisse des Universums dar und wurden nun im „ScienceMag“ vorgestellt.
Forschungsteam der Universität Nottingham
Ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Clare Burrage und Associate Professor Lucia Hackermueller hat ein 3D-gedrucktes Vakuumsystem geschaffen, das in einem neuen Experiment verwendet wird, um die Dichte von Gas zu verringern und anschließend ultrakalte Lithiumatome hinzuzufügen, um Dunkle Wände zu erkennen. Diese Forschung wurde auch in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlicht.
Professor Clare Burrage erklärt:
„Gewöhnliche Materie, aus der die Welt besteht, macht nur einen kleinen Bruchteil des Universums aus, etwa 5 %. Der Rest besteht entweder aus Dunkler Materie oder Dunkler Energie – wir können ihre Auswirkungen auf das Verhalten des Universums sehen, aber wir wissen nicht, was sie sind. Eine Möglichkeit, Dunkle Materie zu messen, besteht darin, ein Teilchen namens Skalarfeld einzuführen.“
Funktionsweise des Vakuumsystems
Das Team hat das Vakuumsystem basierend auf der Theorie gebaut, dass leichte Skalarfelder mit Doppelmuldenpotenzialen und direkten Materiekopplungen dichteabhängige Phasenübergänge durchlaufen, die zur Bildung von Domänenwänden führen.
Professor Burrage erläutert weiter:
„Wenn die Dichte sinkt, bilden sich Defekte – ähnlich wie wenn Wasser zu Eis gefriert. Wassermoleküle sind zufällig angeordnet und beim Gefrieren entsteht eine Kristallstruktur mit zufällig ausgerichteten Molekülen, was Fehlstellen erzeugt. Ähnliches passiert bei Skalarfeldern, wenn die Dichte sinkt. Diese Fehlstellen sind Dunkle Wände, und sie können die Theorie der Skalarfelder bestätigen – entweder existieren diese Felder oder nicht.“
Um diese Defekte oder Dunklen Wände zu erkennen, haben die Forscher ein speziell entwickeltes Vakuumsystem geschaffen, das in einem neuen Experiment verwendet wird, das den Übergang von einer dichten zu einer weniger dichten Umgebung nachahmt. Mit diesem Aufbau werden Lithiumatome mit Laserphotonen auf -273 °C gekühlt, was nahe dem absoluten Nullpunkt liegt. Bei dieser Temperatur nehmen sie quantenmechanische Eigenschaften an, die die Analyse präziser und vorhersagbarer machen.
Experiment und zukünftige Schritte
Associate Professor Lucia Hackermueller, die das Design des Experiments geleitet hat, erklärt:
„Die 3D-gedruckten Gefäße, die wir als Vakuumkammer verwenden, wurden anhand theoretischer Berechnungen von Dunklen Wänden konstruiert. Dies hat die ideale Form, Struktur und Textur geschaffen, um die Dunkle Materie einzufangen. Um zu zeigen, dass Dunkle Wände eingefangen wurden, lassen wir eine kalte Atomwolke durch diese Wände passieren. Die Wolke wird dann abgelenkt. Um diese Atome zu kühlen, feuern wir Laserphotonen auf die Atome, was die Energie im Atom reduziert – das ist, als würde man einen Elefanten mit Schneebällen verlangsamen!“
Das System benötigte drei Jahre zur Fertigstellung und das Team erwartet innerhalb eines Jahres Ergebnisse.
Dr. Hackermueller fügt hinzu:
„Ob wir die Existenz Dunkler Wände beweisen oder nicht, es wird ein wichtiger Schritt in unserem Verständnis von Dunkler Energie und Dunkler Materie sein und ein hervorragendes Beispiel dafür, wie ein gut kontrolliertes Laborexperiment entworfen werden kann, um Effekte direkt zu messen, die für das Universum relevant sind und sonst nicht beobachtet werden können.“
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