Sie kennen das alte Sprichwort: "Wenn Sie etwas verstecken wollen, setzen Sie es in Sichtweite?" Nun, nach einem neuen Vorschlag von zwei Physikprofessoren könnte diese Logik der Grund sein, warum Wissenschaftler so lange darum gekämpft haben, die mysteriöse Masse zu finden, von der angenommen wird, dass sie 27% der Materie im Universum ausmacht.
Kurz gesagt, diese beiden Physiker glauben, dass dunkle Materie auf die gleiche Weise gefunden werden kann, wie Sie den schnellsten Weg zur Arbeit finden können: durch Konsultation des Global Positioning System.
Andrei Derevianko von der University of Nevada, Reno, und Maxim Pospelov von der University of Victoria und dem Perimeter Institute for Theoretical Physics in Kanada schlugen diese Methode Anfang dieses Jahres auf einer Reihe renommierter wissenschaftlicher Konferenzen vor, auf denen sie allgemeine Zustimmung fand .
Ihre Idee sieht vor, GPS-Satelliten und andere Atomuhrnetzwerke zu verwenden und ihre Zeiten zu vergleichen, um nach Unstimmigkeiten zu suchen. Derevianko und Pospelov schlagen vor, dass dunkle Materie einen störenden Einfluss auf Atomuhren haben könnte und dass es durch Betrachtung bestehender Netzwerke von Atomuhren möglich sein könnte, Taschen dunkler Materie anhand ihrer charakteristischen Signatur zu erkennen.
Die beiden beginnen, diese Theorie zu testen, indem sie Uhrdaten von 30 GPS-Satelliten analysieren, die Atomuhren für die tägliche Navigation verwenden. Korrelierte Netzwerke von Atomuhren, wie das GPS und einige bereits existierende Bodennetzwerke, können als leistungsstarkes Werkzeug zur Suche nach dem topologischen Defekt der Dunklen Materie verwendet werden, bei dem anfänglich synchronisierte Uhren desynchronisiert werden.
"Trotz solider Beobachtungsergebnisse für die Existenz dunkler Materie bleibt ihre Natur ein Rätsel", sagte Derevianko, Professor am College of Science der Universität. „Einige Forschungsprogramme in der Teilchenphysik gehen davon aus, dass dunkle Materie aus schwerteilchenartiger Materie besteht. Diese Annahme trifft möglicherweise nicht zu, und es besteht ein erhebliches Interesse an Alternativen. “
Ihr Vorschlag baut auf der Idee auf, dass dunkle Materie aus Rissen in den Quantenfeldern des Universums stammen könnte, die grundlegende Eigenschaften wie die Masse eines Elektrons stören und sich auf die Art und Weise auswirken könnten, wie wir die Zeit messen. Dies stellt einen Bruch mit der konventionelleren Ansicht dar, dass dunkle Materie aus subatomaren Partikeln wie WIMPs und Axionen besteht.
"Unsere Forschung verfolgt die Idee, dass dunkle Materie als große gasähnliche Ansammlung topologischer Defekte oder Energierisse organisiert sein kann", sagte Derevianko. „Wir schlagen vor, die Defekte, die dunkle Materie, zu erkennen, wenn sie mit einem Netzwerk empfindlicher Atomuhren durch uns hindurchgehen. Die Idee ist, wo die Uhren nicht mehr synchron sind, würden wir wissen, dass dunkle Materie, der topologische Defekt, vorbei ist. Tatsächlich stellen wir uns vor, die GPS-Konstellation als den größten vom Menschen gebauten Detektor für dunkle Materie zu verwenden. “
Derevianko arbeitet bei der Analyse von GPS-Daten mit Geoff Blewitt, Direktor des Nevada Geodetic Laboratory, ebenfalls am College of Science der Universität von Nevada, Reno, zusammen. Das Geodetic Lab hat das weltweit größte GPS-Datenverarbeitungszentrum entwickelt und unterhält es, das rund um die Uhr Informationen von rund 12.000 Stationen auf der ganzen Welt kontinuierlich verarbeiten kann.
Blewitt, ebenfalls Physiker, erklärte, wie eine Reihe von Atomuhren möglicherweise dunkle Materie erkennen könnte.
"Wir wissen, dass die dunkle Materie zum Beispiel dort sein muss, weil sie Licht um Galaxien biegt, aber wir haben keine Beweise dafür, woraus sie bestehen könnte", sagte er. „Wenn die dunkle Materie nicht da wäre, würde die normale Materie, die wir kennen, nicht ausreichen, um das Licht so stark zu biegen wie es ist. Dies ist nur eine der Möglichkeiten, wie Wissenschaftler wissen, dass es irgendwo in der Galaxie eine riesige Menge dunkler Materie gibt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die dunkle Materie in diesem Gas nicht wie normale Materie aus Partikeln besteht, sondern aus makroskopischen Unvollkommenheiten im Raum-Zeit-Gewebe.
„Die Erde fegt durch dieses Gas, während es die Galaxie umkreist. Für uns scheint das Gas wie ein galaktischer Wind aus dunkler Materie zu sein, der durch das Erdsystem und seine Satelliten weht. Wenn die dunkle Materie vorbeizieht, führt dies gelegentlich dazu, dass die Uhren des GPS-Systems über einen Zeitraum von etwa 3 Minuten nicht mehr mit einem verräterischen Muster synchronisiert sind. Wenn die dunkle Materie dazu führt, dass die Uhren um mehr als eine Milliardstel Sekunde nicht mehr synchron sind, sollten wir solche Ereignisse leicht erkennen können. “
"Diese Art von Arbeit kann in der Wissenschaft transformativ sein und unser Denken über unser Universum völlig verändern", sagte Jeff Thompson, Physiker und Dekan des College of Science der Universität. „Andrei ist ein Weltklasse-Physiker und hat bereits wegweisende Beiträge zur Physik geleistet. Es ist ein Wunder, die erstaunliche Arbeit zu sehen, die von ihm und seiner Gruppe kommt. "
Derevianko unterrichtet Quantenphysik und verwandte Fächer an der Universität von Nevada, Reno. Er hat mehr als 100 referierte Publikationen in der theoretischen Physik verfasst. Er ist Fellow der American Physical Society, Simons Fellow für theoretische Physik und Fulbright-Gelehrter. Unter einer Vielzahl von Forschungsthemen hat er zur Entwicklung mehrerer neuartiger Klassen von Atomuhren und Präzisionstests grundlegender Symmetrien mit Atomen und Molekülen beigetragen.
Ihre Forschung erschien Anfang dieser Woche in der Online-Version des wissenschaftlichen Journals Naturphysikvor der Druckversion.
