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Físicos da Universidade de Estocolmo e do Instituto Max Planck de Física se voltaram para plasmas em uma proposta que poderia revolucionar a busca pela matéria escura indescritível.
A matéria escura é uma substância misteriosa que compõe 85% da matéria no universo. Introduzido originalmente para explicar por que a Força Forte (que une prótons e nêutrons) é a mesma para trás e para a frente no tempo, o chamado axônio forneceria uma explicação natural para a matéria escura. Em vez de partículas discretas, a matéria escura do axônio formaria uma onda penetrante que flui pelo espaço.
O axion é uma das melhores explicações para a matéria escura, mas apenas recentemente foi o foco de esforços experimentais em larga escala. Devido a esse renascimento, houve uma corrida para surgir novas idéias de como procurar o axion em todas as áreas onde ele poderia estar escondido.
“Encontrar o axion é um pouco como sintonizar um rádio: você precisa sintonizar sua antena até ouvir a frequência certa. Em vez de música, os experimentalistas seriam recompensados ​​por ‘ouvir’ a matéria escura pela qual a Terra está viajando. Apesar de estarem bem motivados, os axions foram negligenciados experimentalmente durante as três décadas desde que foram nomeados pelo co-autor Frank Wilczek “, diz o Dr. Alexander Millar, pós-doutorado no Departamento de Física da Universidade de Estocolmo e autor do estudo.
O principal insight do novo estudo da equipe de pesquisa é que, dentro de um campo magnético, os axônios gerariam um pequeno campo elétrico que poderia ser usado para conduzir oscilações no plasma. Um plasma é um material onde partículas carregadas, como elétrons, podem fluir livremente como um fluido. Essas oscilações amplificam o sinal, levando a um melhor “rádio axial”. Ao contrário dos experimentos tradicionais baseados em cavidades ressonantes, quase não há limite para o tamanho desses plasmas, dando assim um sinal maior. A diferença é semelhante à diferença entre um walkie-talkie e uma torre de transmissão de rádio.

Sem o plasma frio, os axônios não podem se converter eficientemente em luz

“Sem o plasma frio, os axônios não podem se converter eficientemente em luz. O plasma desempenha um papel duplo, criando um ambiente que permite uma conversão eficiente e fornecendo um plasmon ressonante para coletar a energia da matéria escura convertida”, diz o Dr. Matthew Lawson, pós-doutorado no Departamento de Física da Universidade de Estocolmo, também autor do estudo.
“Essa é uma maneira totalmente nova de procurar matéria escura e nos ajudará a procurar um dos candidatos mais fortes à matéria escura em áreas que são completamente inexploradas. A construção de um plasma ajustável nos permitirá fazer experimentos muito maiores do que as técnicas tradicionais, dando sinais muito mais fortes em altas frequências “, diz o Dr. Alexander Millar.
Para sintonizar esse “rádio axion”, os autores propõem o uso de algo chamado “metamaterial do fio”, um sistema de fios mais finos que o cabelo que pode ser movido para alterar a frequência característica do plasma. Dentro de um imã grande e poderoso, semelhante aos usados ​​nas máquinas de ressonância magnética em hospitais, um metamaterial de fio se transforma em um rádio axial muito sensível.
Procurar matéria escura com plasmas não será apenas uma idéia interessante. Em estreita colaboração com os pesquisadores, um grupo experimental de Berkeley vem pesquisando e desenvolvendo o conceito com a intenção de construir esse experimento em um futuro próximo.
“Os haloscópios de plasma são uma das poucas idéias que poderiam procurar axions nesse espaço de parâmetros. O fato de a comunidade experimental ter se apegado a essa idéia tão rapidamente é muito emocionante e promissor para a construção de um experimento em grande escala”, diz o Dr. Alexander Millar .

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