Os físicos estão usando as propriedades nucleares incomuns do tório -229 para desenvolver um “relógio nuclear” ultra -eleito capaz de detectar 10 trilhões de vezes forças fracas que a gravidade.
Essa sensibilidade pode torná -la a ferramenta final para detectar a influência ilusória da substância escura, que distorceu claramente as propriedades da substância comum.
Longa pesquisa por matéria escura
Por quase 100 anos, pesquisadores em todo o mundo tentam destacar a natureza da matéria escura, um objeto invisível é considerado cerca de 80 % da massa total do universo. Essa substância misteriosa é necessária para explicar muitos eventos cósmicos observados, embora não possa ser encontrada em nenhum experimento direto.
Vijay Entistsano descobriu várias abordagens para encontrá-lo, tentando fazer partículas de objeto escuro na aceleração de partículas da sala de alta energia, elas podem descobrir uma vaga radiação cósmica. Apesar desses esforços, seus principais recursos ainda são amplamente desconhecidos. Quando não se comunica com a luz, a matéria escura deve afetar o comportamento da substância visível, mas é tão frágil que o equipamento atual não pode medi -los diretamente.
Relógios nucleares: um novo limite na investigação
Especialistas sugerem que o relógio atômico, um dispositivo que mede o tempo com base na oscilação do núcleo do núcleo, pode detectar a influência de uma substância escura. Esse relógio terá tanta certeza de que mesmo as menores flutuações de seu tempo podem indicar a presença de uma substância escura. Na próxima etapa significativa, as equipes de pesquisa na Alemanha e no Colorado alcançaram um alvo importante no ano passado, usando o tório isótopo radioativo -229 nos estágios iniciais dessa construção de relógios.
Enquanto os Vaigers do Grupo de Física Teórica de Gilad Perez, professora do Instituto Waizman Science for Science, aprenderam sobre esse progresso, eles viram a oportunidade de contribuir para a busca por uma matéria escura sem esperar o relógio nuclear operacional completo. Ao trabalhar em conjunto com os pesquisadores alemães, eles desenvolveram e publicaram uma nova estratégia para descobrir como a matéria escura pode mudar claramente as propriedades do núcleo de tório -229 Revisão física x.
Propriedades únicas do tório -229
Para empurrar o bebê no balanço, é necessário o tempo certo para manter um movimento simples e consistente, o núcleo atômico também possui uma excelente frequência de oscilação, conhecida como sua frequência de eco na física. Certamente a radiação nessa frequência pode “balançar” o núcleo como um pêndulo entre os dois estados quânticos: estado fundamental e estado de alta energia ao estado.
Na maioria dos materiais, essa frequência de eco aumenta, exigindo forte radiação para estimular o núcleo. Mas em 1976, os cientistas de Vaig descobriram. Sua frequência de ressonância natural é menos suficiente para manipular pela tecnologia padrão a laser usando radiação ultravioleta relativamente fraca. Isso se tornou um candidato promissor para o desenvolvimento do relógio nuclear de tório -229, no qual o tempo é medido por um núcleo “balanço” entre estados quânticos como pêndulo no relógio tradicional.
“O relógio nuclear seria o detector final – 100.000 vezes a resolução do objeto escuro de hoje, capaz de sensações fracas 10 trilhões de vezes que a gravidade”.
Para superar décadas de desafios de medição
No entanto, o progresso no relógio nuclear parou na primeira fase, enquanto Vaig. Maniko tentou medir a frequência de ressonância do tório -229 com muita precisão. Para determinar a frequência da ressonância do núcleo, os físicos brilharão um laser nela em várias frequências e monitorarão quanta energia pomposa ou fora ao fazer a transição entre os estados quânticos. A partir desses resultados, eles formam um espectro de absorção, e a frequência que causa absorção de pico é tomada como uma frequência de eco do núcleo.
Por quase cinco décadas, Vijay .noco não conseguiu medir a frequência de ressonância de tório -229 com precisão suficiente para criar um relógio nuclear, mas no ano passado dois grandes progressos foram feitos. Primeiro, o Grupo do Instituto Nacional de Metrologia Alemanha Ferm Alemanha (PTB) publicou medições relativamente precisas. Alguns meses depois, uma equipe da Universidade do Colorado divulgou resultados com muitos milhões de vezes mais precisos.
Impressões digitais sutis da matéria escura
“Ainda precisamos de mais precisão para desenvolver um relógio nuclear, mas já reconhecemos a oportunidade de estudar a matéria escura”, diz Perez. Ele explica: “No universo feito de objeto visível, a absorção de condições físicas e qualquer material é o espectro contínuo.
Cálculos teóricos do grupo líder de Perez e outros pós -doutorado.
“Esta é uma área em que ninguém ainda inventou um objeto escuro”, diz Ratzinger. “Nossos cálculos mostram que não é suficiente encontrar a mudança de frequência de ressonância sozinha. Precisamos identificar a alteração em todo o espectro de absorção para encontrar o efeito da matéria escura. No entanto, não encontramos essas alterações.
“Mais tarde no estudo, também calculamos como diferentes modelos de matéria escura afetariam o espectro de absorção do tório -229. Esperamos que eventualmente ajude a determinar quais modelos são precisos e o objeto escuro é realmente feito”.
Probabilidade além da pesquisa de matéria escura
Enquanto isso, os laboratórios em todo o mundo continuam a melhorar o tamanho da frequência de ressonância do tório -229, que levará anos. Se o relógio nuclear se desenvolver, ele pode revolucionar em muitos campos, incluindo pesquisadores da Terra e do Espaço, comunicação, gerenciamento de grades e enzimas.
Os dispositivos de prazo mais precisos de hoje são relógios atômicos, dependendo das oscilações dos elétrons entre os dois estados quânticos. Isso é muito preciso, mas eles têm uma desvantagem significativa: eles são suscetíveis à interferência elétrica do ambiente, o que pode afetar sua relevância. Pelo contrário, o núcleo do átomo é muito menos sensível a tal perturbação.
De acordo com o principal modelo Dell da matéria escura, a substância misteriosa é feita de numerosas partículas, cada uma das quais é pelo menos 1.000.000 vezes menor que o mesmo elétron.
O potencial final do detector
Perez diz: “Quando se trata de matéria escura, o relógio atômico baseado em tório -229 será o detector final. No momento, a interferência elétrica limita nossa capacidade de usar relógios nucleares. A pesquisa oferece 100.000 vezes melhor resolução do que nós.
Referência: “A descoberta de uma matéria escura com 229Elina Fuchs, Fiona Kirk, Eric Medge, Caitanya Paranjpe, Ekhard Peak, Gilad Perez, Wolfaram Retzinger e Johannes Tidau, espectroscopia a laser até 15 de maio de 2025. Revisão física x.
Doi: 10.1103/feaser vxx.15.021055
O Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) deve apoiar o desenvolvimento contínuo dessa linha de pesquisa. O grupo de Perez recebeu recentemente uma concessão de avanço do ERC. Alina Fuchs e Instituto Nacional de Metrologia da Alemanha da Alemanha (PTB), Brunshweg, Alemanha e Alemanha Universidade Libanesa da Dra. Dr. Fiona Kirk também foram; DR .. Eric Medge e Física de partículas de Vizman e a consciência do grupo de Perez no Departamento de Astrofísica; E Prof.
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