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Ein neuer Quantenkristall könnte endlich die Natur der Dunklen Materie enthüllen

Und lüfte ein kosmisches Geheimnis.

Ein abstraktes Bild von Daten und Glasfaser. SpiffyJ / iStock

Nicht alle Kristalle sind Science-Fiction.

Wissenschaftler haben einen neuen Quantenkristallsensor entwickelt, der den Schlüssel zum Nachweis der Anwesenheit von dunkler Materie enthalten könnte, laut eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlichtWissenschaft.

Da der größte Teil des Universums aus dunkler Materie besteht, könnte die Entdeckung seiner Natur eines der ältesten Geheimnisse der Astronomie lüften.

Ein neuer Quantenkristall hat die '10-fache Empfindlichkeit' von früher demonstrierten

Insbesondere Physiker des National Institute of Standards and Technology NIST haben die elektronischen Eigenschaften und die mechanische Bewegung eines sehr kleinen blauen Kristalls gruppiert oder "verschränkt", was es ihm ermöglicht, elektrische Felder mit einer Rekordempfindlichkeit zu messen, die erheblich sein könntevertiefen unser Verständnis des Universums. Der neue Quantensensor hält 150 Beryllium-Ionen in einem Magnetfeld fest, sodass sie sich selbst zu einem flachen 2D-Kristall mit einem Durchmesser von nur 200 Millionstel Metern anordnen können.Anzeichen von dunkler Materie, eine mysteriöse Substanz, die den größten Teil des Universums ausmacht und aus subatomaren Teilchen bestehen könnte, die über ein schwaches elektromagnetisches Feld auf normale Materie einwirken.

Wenn dunkle Materie nachgewiesen wird, würde der Nachweismechanismus ein Wackeln im Kristall beinhalten, das bei kollektiven Veränderungen seiner Ionen über eine ihrer elektronischen Eigenschaften, den sogenannten Spin, beobachtet wird. Forscher können Schwingungsanregung, auch Verschiebung genannt, nachweisen. Die sogenannte„Dunkle Materie-Sensor" kann externe elektrische Felder mit der gleichen Schwingungsfrequenz wie der Kristall überwachen und messen, mit einer Empfindlichkeit, die mehr als das Zehnfache aller in der Vergangenheit demonstrierten atomaren Sensoren beträgt. Während ihrer Experimente nutzten die Forscher ein schwaches elektrisches Feld zur AnregungKristall und testen Sie den Sensor.Axionen und versteckte Photonen – die durch ein schwaches elektrisches Feld mit normaler Materie interagieren", sagte John Bollinger vom NIST, der auch leitender Autor der Studie war, in einer mit einem Embargo versehenen Pressemitteilung, die mit IE geteilt wurde.

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Die Natur der Dunklen Materie könnte die Geheimnisse des Universums enträtseln

"Die Dunkle Materie bildet ein Hintergrundsignal mit einer Oszillationsfrequenz, die von der Masse des Dunklen-Materie-Teilchens abhängt", fuhr Bollinger fort. "Seit mehr als einem Jahrzehnt laufen Versuche mit supraleitenden Schaltkreisen nach dieser Art von Dunkler Materie.Die Bewegung gefangener Ionen bietet Empfindlichkeit über einen anderen Frequenzbereich." Bollinger und seine Kollegen arbeiten seit mehr als einem Jahrzehnt an dem neuen Ionenkristall und haben erst vor kurzem die Verwendung eines Laserlichts hinzugefügt, um die kollektiven Spins und Bewegungen von . zu verschränkeneine große Anzahl von Ionen, die zusätzlich zu einer sogenannten "Zeitumkehr"-Strategie die Methode zum Nachweis von Dunkler Materie verbesserten.

Das neuartige Experiment wurde mit Hilfe der NIST-Theoretikerin Ana Maria Rey von JILA, einem gemeinsamen Institut der University of Colorado Boulder, und NIST vorangetrieben. Reys theoretische Arbeit war entscheidend für die Fähigkeit des Teams, die Grenzen von aLaboraufbau, zusätzlich zur Bereitstellung eines neuen Modells, um zu verstehen, welches Experiment gültige Ergebnisse für eine große Anzahl von gefangenen Ionen liefern könnte. Ihre Arbeit bewies auch, dass der Quantenvorteil laut Bollinger aus der Verschränkung von Bewegung und Spin resultiert.

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"Wir wissen, dass 85% der Materie im Universum aus dunkler Materie besteht, aber bis heute wissen wir nicht, woraus dunkle Materie besteht", sagte Rey in der mit einem Embargo versehenen Pressemitteilung. "Dieses Experiment könnte uns in derZukunft dieses Mysterium zu enthüllen." Und sobald wir die Natur der Dunklen Materie verstanden haben, könnte eine breite Palette wissenschaftlicher Disziplinen, einschließlich Astrophysik, Astronomie, Kosmologie und mehr, erschaffen werden.Modelle und Beschreibungen des Universums das könnte aktuelle Modelle sowohl in Bezug auf Erklärungskraft als auch schiere, uneingeschränkte Ehrfurcht in den Schatten stellen.

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