Des scientifiques développent un système de vide imprimé en 3D visant à piéger la matière noire

À l’aide d’un système de vide imprimé en 3D spécialement conçu, les scientifiques ont développé un moyen de « piéger » la matière noire dans le but de détecter les parois de domaines. Ce sera un pas en avant significatif dans la résolution de certains mystères de l’univers.

Des scientifiques de l'école de physique de l'université de Nottingham ont créé un système de vide imprimé en 3D qu'ils utiliseront dans une nouvelle expérience pour réduire la densité du gaz, puis ajouteront des atomes de lithium ultra-froids pour tenter de détecter des murs sombres. La recherche a été publiée dans Examen physique D.

Le professeur Clare Burrage de l'École de physique est l'un des principaux auteurs de l'étude et explique : « La matière ordinaire à partir de laquelle le monde est constitué ne représente qu'une infime fraction du contenu de l'univers, environ 5 %, le reste étant soit sombre. matière ou énergie noire – nous pouvons voir leurs effets sur le comportement de l’univers, mais nous ne savons pas de quoi il s’agit. Une façon dont les gens tentent de mesurer la matière noire consiste à introduire une particule appelée champ scalaire.

Les chercheurs ont basé la construction des vaisseaux 3D sur la théorie selon laquelle les champs scalaires légers, avec des potentiels de double puits et des couplages directs de matière, subissent des transitions de phase induites par la densité, conduisant à la formation de parois de domaines.

“À mesure que la densité diminue, des défauts se forment – c'est comme lorsque l'eau gèle en glace, les molécules d'eau sont aléatoires et lorsqu'elles gèlent, vous obtenez une structure cristalline avec des molécules alignées au hasard, certaines alignées dans un sens et d'autres dans un autre et ceci crée des lignes de faille.

“Quelque chose de similaire se produit dans les champs scalaires à mesure que la densité diminue. Vous ne pouvez pas voir ces lignes de faille à l'œil nu, mais si des particules les traversent, leur trajectoire pourrait changer. Ces défauts sont des murs sombres et peuvent prouver la théorie des champs scalaires – soit cela ces champs existent ou non”, ajoute Burrage.

Pour détecter ces défauts ou murs sombres, l'équipe a créé un vide spécialement conçu qu'elle utilisera dans une nouvelle expérience qui imitera le passage d'un environnement dense à un environnement moins dense. Grâce à cette nouvelle configuration, ils refroidiront les atomes de lithium avec des photons laser jusqu'à -273 °C, ce qui est proche du zéro absolu. À cette température, ils acquièrent des propriétés quantiques, ce qui rend l’analyse plus précise et prévisible.

Lucia Hackermueller, professeure agrégée à l'École de physique, a dirigé la conception de l'expérience en laboratoire. Elle explique : « Les récipients imprimés en 3D que nous utilisons comme chambre à vide ont été construits à l'aide de calculs théoriques de parois sombres. Cela a créé ce que nous pensions être la forme, la structure et la texture idéales pour piéger la matière noire.

“Pour réussir à démontrer que des murs sombres ont été piégés, nous laisserons un nuage d'atomes froids traverser ces murs. Le nuage est ensuite dévié. Pour refroidir ces atomes, nous tirons des photons laser sur les atomes, ce qui réduit l'énergie de l'atome. c'est comme ralentir un éléphant avec des boules de neige.”

Il a fallu trois ans à l'équipe pour construire le système et elle espère obtenir des résultats d'ici un an.

“Que nous prouvions ou non l'existence de murs sombres, cela constituera un pas en avant important dans notre compréhension de l'énergie noire et de la matière noire, et un excellent exemple de la manière dont une expérience en laboratoire bien contrôlée peut être conçue pour mesurer directement les effets pertinents pour l'environnement. univers et autrement ne peut pas être observé”, ajoute Hackermueller.