Ao expandir a largura de banda das pesquisas, os cientistas deram um grande passo para identificar as partículas ilusórias que podem compensar mais de um quarto do universo
A matéria escura representa mais de 25% da massa do universo, mantém galáxias unidas e é essencial para o nosso entendimento da estrutura cósmica. Não interage com a luz leve ou outra radiação eletromagnética e é detectável apenas através de seus efeitos gravitacionais. Embora as evidências astrofísicas e cosmológicas confirmem sua presença, sua verdadeira natureza continua sendo um dos maiores mistérios da física moderna.
Uma teoria líder sugere que a matéria escura consiste em partículas extremamente leves e ilusórias chamadas axiões. As pesquisas tradicionais da axião dependem de técnicas de ressonância de banda estreita, que requerem varredura lenta e passo a passo através de possíveis massas de axion, tornando o processo demorado.
Neste estudo, os pesquisadores introduzem uma nova abordagem de detecção quântica de banda larga usando um alcali-21O sistema de spin ne, que funciona como uma antena muito sensível para ouvir sinais de matéria escura. Eles identificam duas maneiras distintas pelas quais o sistema se comporta sob diferentes condições. Em baixas frequências, o sistema de rotação se ajusta naturalmente para cancelar o ruído ou efeitos indesejados. Essa autocompensação torna o sistema estável e sensível, mesmo sem ajuste fino. É como um carro que se equilibra automaticamente em uma estrada esburacada, você não precisa dirigir constantemente. Em frequências mais altas, o sistema entra em um estado em que os rotações de diferentes átomos ressoam juntos. Essa ressonância aumenta o sinal, facilitando a detecção de pequenos efeitos causados por matéria escura. Como dois instrumentos musicais tocando em harmonia, o som combinado é mais alto e mais claro. Isso permite que os pesquisadores expandam significativamente a largura de banda de pesquisa sem sacrificar a sensibilidade.
Seu experimento cobre uma vasta faixa de frequência, de oscilações muito lentas (0,01 Hz) a as muito rápidas (1000 Hz), permitindo uma pesquisa abrangente por matéria escura semelhante a axion. Eles estabelecem novas restrições sobre como os axiões podem interagir com nêutrons e prótons. Para os nêutrons, eles atingiram uma sensibilidade que supera os limites astrofísicos anteriores em algumas faixas de frequência. Para prótons, eles alcançaram as melhores restrições baseadas em laboratório em bandas de frequência específicas.
Este trabalho não apenas avança a busca por matéria escura, mas também abre novas fronteiras em física atômica, sensor de quântica e física de partículas, oferecendo uma nova estratégia poderosa para explorar o tecido invisível do universo.
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