Nyt forslag: Mørkt stof skal findes med simpelt elektrisk kredsløb

Tre amerikanere præsenterer i en ny artikel en idé om et nyt måleprincip til detektion af partikler af mørkt stof.

»Det vil være forholdsvist enkelt at konstruere og bruge,« noterer de i deres artikel.

Jagten på universets mørke stof, hvis eksistens blev forudsagt for omkring 80 år siden, er blevet intensiveret de seneste år. Hidtil uden resultat, som det bl.a. fremgik af de første observationer fra et nyt amerikansk eksperiment for nylig.

Nu er det dog vigtigt at huske, at absence of evidence ikke er det samme som evidence of absence, så eftersøgningen fortsætter i mange laboratorier rundt omkring i verden.

Et af problemerne er dog, at man ikke ved, hvilke partikler man leder efter.

Det eneste, der skal gælde for partikler af mørkt stof, er, at de først og fremmest vekselvirker med sædvanlige partikler via tyngdekraften og kun i meget sjældne tilfælde via de andre fundamentale naturkræfter.

Wimps eller axioner

De fleste eksperimenter i dag leder efter partikler, som kaldes Wimps (weakly interacting massive particles).

Wimps er som navnet siger tunge partikler – måske 10-100 gange så tunge som protoner eller neutroner.

Men der foreligger også den mulighed, at partiklerne er af en anden type, der kaldes axioner. Det er (foreløbigt) hypotetiske partikler, der blev foreslået allerede i 1977 for at løse et problem inden for kernefysikken.

Da axioner, hvis de findes, har masse og kun vekselvirker svagt med elektromagnetisk stråling er de oplagte kandidater til at være mørkt stof.

I modsætning til Wimps vil axioner have meget lav masse, der er milliard gange mindre end protonens masse eller lavere – måske helt ned til en milliard milliard gange lavere.

Planer om nye eksperimenter

Der findes flere eksperimenter, der leder efter axioner, bl.a. ADMX (Axion Dark Matter eXperiment) ved University of Washington i Seattle, USA.

Her søger man med avanceret udstyr i form af mikrobølgeresonatorer og superledende magneter at finde axioner i den sky af koldt mørkt stof, som de fleste astrofysikere mener, omslutter Mælkevejen.

Det eksperimentelle udstyr er for tiden ved at blive opgraderet til det, som kaldes det ’definitive eksperiment’ i eftersøgningen af axioner.

Det er dog ikke mere definitivt, end at der også i år er fremlagt et forslag om et nyt internationalt axionobservatorium (IAXO).

David Tanner og to kollegaer fra University of Florida præsenterer nu et nyt forslag til at finde axioner.

Hovedprincippet, som også benyttes i ADMX er, at axioner i et stærkt magnefelt kan omdannes til fotoner.

Denne proces vil generere en oscillerende strøm, som ligeledes fører til et svagt magnetfelt.

Dette magnetfelt vil Tanner forstærke og detektere med et simpelt elektrisk kredsløb bestående af en kondensator og en spole – et LC-kredsløb.

Forskerne forklarer, at det vil være særdeles velegnet til at finde eventuelle axioner i det meget lave masseområde, som det ikke er muligt med ADMX i dag.

Tanner og Co. beskriver mere indgående i deres artikel, hvordan denne detektor kan inkorporeres i AMDX og et eventuelt kommende IAXO.