Поймать в ловушку: на 3D-принтере напечатали установку для обнаружения темной материи

Специалисты Ноттингемского университета с помощью 3D-принтера создали вакуумную систему, чтобы «поймать в ловушку» темную материю. Физики будут использовать ее в новом эксперименте, чтобы уменьшить плотность газа, а затем добавить в него сверххолодные атомы лития. Таким образом они попытаются обнаружить доменные стены. 

Уже несколько лет физики ищут объяснение темной материи — невидимого вещества, составляющего, как считается, около 86% всей материи, и темной энергии — таинственной силы, которая, возможно, ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной. До сих пор не было найдено доказательств в пользу какой-либо теории, объясняющей то или другое, поэтому продолжают разрабатываться новые.

Одна из популярных идей — теория космических доменных стен. В ее основе лежит идея о том, что вскоре после Большого взрыва во Вселенной существовали случайные энергетические поля, но по мере охлаждения начали формироваться различные регионы, в которых доминировал энергетический фактор. Между  регионами появились стены — подобное происходит, например, если столкнуть два мыльных пузыря. Плоские стенки в местах соединения как раз и можно сравнить с космическими доменными стенами. Образовавшаяся сеть доменных стен повлияла на поздние стадии космологической инфляции и микроволновое фоновое излучение.

В основу нового исследования легла теория о том, что легкие скалярные поля с двойными потенциалами и прямыми связями с материей претерпевают фазовые переходы, что приводит к образованию доменных стен. При снижении плотности образуются дефекты — наподобие того, как вода замерзает и превращается в лед. Молекулы воды беспорядочны, и при замерзании получается кристаллическая структура с молекулами, выстроенными в произвольном порядке. Одни выстраиваются в одну сторону, а другие — в другую, что создает линии разлома.

«Нечто подобное происходит и в скалярных полях, когда плотность становится меньше. На глаз эти линии разлома не видны, но если частицы проходят через них, то это может изменить их траекторию. Дефекты представляют собой темные стены и могут подтвердить теорию скалярных полей — либо то, что эти поля существуют, либо то, что их нет», — профессор Клэр Буррадж из Школы физики Ноттингемского университета.

Чтобы обнаружить эти дефекты или темные стены, ученые создали особый вакуум, который должен  имитировать переход из плотной среды в менее плотную. С помощью новой установки они охладят атомы лития лазерными фотонами до -273°C — абсолютного нуля. При такой температуре атомы приобретают квантовые свойства, что делает анализ более точным и предсказуемым.

Напечатанные на 3D-принтере сосуды, которые используют физики в качестве вакуумной камеры, построены на основе теоретических расчетов доменных стен. По словам ученых, это позволило создать идеальную форму, структуру и текстуру для улавливания темной материи.

На создание системы ушло три года, и первые результаты планируется получить в течение года. Независимо от того, докажут ли физики существование темных стен или нет, эксперимент станет важным шагом вперед в понимании темной энергии и темной материи, пишет Phys.org.