Pengamatan gerakan neutron dan atom logam berat pada suhu ultra-rendah telah menunjukkan bahwa bentuk sumbu paling ringan, partikel materi gelap "terang", pada prinsipnya tidak dapat eksis, yang sekali lagi mempersulit pencariannya, menurut sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Physical Review X …
“Hasil ini membuka jendela baru untuk pencarian materi gelap. Mereka menunjukkan bahwa sumbu pada prinsipnya tidak dapat eksis dalam rentang massa dan energi yang sangat luas, yang secara nyata mengurangi bidang tempat kita harus mencari jejak zat misterius ini. Kami dapat mengatakan bahwa pencarian kami sekarang dimulai dari awal,”kata Nicholas Ayres dari University of Sussex (Inggris).
Untuk waktu yang lama, para ilmuwan percaya bahwa alam semesta terdiri dari materi yang kita lihat, dan yang membentuk dasar dari semua bintang, lubang hitam, nebula, gugus debu, dan planet. Tetapi pengamatan pertama terhadap kecepatan pergerakan bintang di galaksi terdekat menunjukkan bahwa bintang-bintang di pinggirannya bergerak di dalamnya dengan kecepatan yang sangat tinggi, yang sekitar 10 kali lebih tinggi daripada yang diperlihatkan oleh perhitungan berdasarkan massa semua bintang di dalamnya.
Alasannya, menurut para ilmuwan saat ini, adalah apa yang disebut materi gelap - zat misterius, yang menyumbang sekitar 75% massa materi di alam semesta. Biasanya, setiap galaksi memiliki sekitar 8-10 kali lebih banyak materi gelap daripada sepupunya yang terlihat, dan materi gelap ini menahan bintang-bintang di tempatnya dan mencegahnya menyebar.
Saat ini, hampir semua ilmuwan yakin akan keberadaan materi gelap, tetapi sifat-sifatnya, selain pengaruh gravitasinya yang jelas pada galaksi dan gugus galaksi, tetap menjadi misteri dan menjadi bahan kontroversi di kalangan astrofisikawan dan kosmolog. Untuk waktu yang lama, para ilmuwan berasumsi bahwa itu terdiri dari partikel-partikel superheavy dan "dingin" - "pengecut", yang tidak menampakkan diri dengan cara apapun, kecuali untuk menarik kelompok materi yang terlihat.
Pencarian "WIMPs" yang gagal selama dua dekade terakhir telah membuat banyak ahli teori percaya bahwa materi gelap sebenarnya bisa "ringan dan halus" dan terdiri dari apa yang disebut axions - partikel ultra-ringan yang memiliki massa dan sifat serupa dengan neutrino.
Ayres dan rekan-rekannya secara tidak sengaja menemukan bahwa jenis sumbu paling ringan, yang sering dibicarakan oleh para ahli teori, pada prinsipnya tidak dapat eksis, menganalisis hasil eksperimen CryoEDM, yang sangat jauh dari kosmologi dan materi gelap.
Proyek ini, menurut fisikawan itu, diluncurkan dua dekade lalu untuk mengukur secara akurat salah satu besaran fundamental terkecil - momen dipol neutron. Dengan kata ini, fisikawan memahami bagaimana daerah bermuatan positif dan negatif didistribusikan di dalam neutron, dan apakah neutron benar-benar merupakan partikel yang sepenuhnya netral secara elektrik.
Video promosi:
Dalam CryoEDM, fisikawan mencoba menemukan momen dipol dari neutron dengan mengamati bagaimana "sup" atom tunggal dari isotop merkuri dan neutron yang langka bereaksi terhadap perubahan mendadak dalam arah dan kekuatan medan listrik di mana mereka berada. Jika neutron memiliki momen dipol, maka putarannya akan "tersentak" dengan cara khusus saat bidang "membalik", yang dapat "dilihat" dengan mengamati bagaimana polarisasi partikel berubah.
Menganalisis data yang diperoleh detektor CryoEDM pada periode pertama pekerjaan mereka, para ilmuwan memperhatikan bahwa keakuratan pengamatan ini sangat tinggi sehingga perilaku atom merkuri dan neutron akan sangat dipengaruhi oleh interaksi partikel subatomiknya dengan sumbu. Dengan kata lain, jika ada sumbu, maka akan menyebabkan jenis osilasi lain, dan kekuatannya akan secara langsung bergantung pada massa partikel materi gelap.
Seperti yang ditunjukkan oleh analisis berulang dari data CryoEDM, tidak ada hal serupa yang diamati pada perilaku merkuri dan neutron, yang menunjukkan tidak adanya versi sumbu paling ringan, yang massanya jutaan dan puluhan miliar kali lebih kecil dari pada elektron.
Hasil seperti itu, seperti yang ditekankan oleh Ayrs, tidak mengesampingkan kemungkinan adanya jenis sumbu lain, tetapi terlihat mempersempit ukuran bidang, di mana keberadaannya tetap dapat diterima dari sudut pandang sains. Sangat mungkin bahwa materi gelap tidak terdiri dari partikel superheavy atau ultralight yang mirip dengan materi tampak, tetapi memiliki sifat yang sama sekali berbeda, yang belum dapat kami tebak, para penulis artikel menyimpulkan.
