Tin tức Vũ trụ TV

Không có bằng chứng về ảnh hưởng của vật chất tối đến lực giữa các hạt nhân

Ngày:
Th5 19, 2020
Tóm lược:

Mặc dù hầu hết vũ trụ được tạo thành từ vật chất tối, nhưng rất ít thông tin về nó. Các nhà vật lý đã sử dụng một thí nghiệm có độ chính xác cao để tìm kiếm sự tương tác giữa vật chất tối và vật chất bình thường.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các ion phân tử HD + (cặp chấm màu vàng và đỏ: proton và deuteron; electron không hiển thị) lơ lửng trong chân không cực cao giữa các ion nguyên tử (chấm màu xanh), được cố định bằng tia laser (màu xanh). Một sóng điện từ (đĩa màu nâu đỏ) làm cho các ion phân tử quay. Một chùm tia laser nữa (màu xanh lá cây) ghi lại bằng chứng về sự kích thích này. Các bản vẽ không phải là để mở rộng quy mô. (Ảnh: HHU / Alighanbari, Hansen, Schiller)
Các ion phân tử HD + (cặp chấm màu vàng và đỏ: proton và deuteron; electron không hiển thị) lơ lửng trong chân không cực cao giữa các ion nguyên tử (chấm màu xanh), được cố định bằng tia laser (màu xanh). Một sóng điện từ (đĩa màu nâu đỏ) làm cho các ion phân tử quay. Một chùm tia laser nữa (màu xanh lá cây) ghi lại bằng chứng về sự kích thích này. Các bản vẽ không phải là để mở rộng quy mô.
(Ảnh: HHU / Alighanbari, Hansen, Schiller)

Mặc dù hầu hết vũ trụ được tạo thành từ vật chất tối, nhưng rất ít thông tin về nó. Các nhà vật lý đã sử dụng một thí nghiệm có độ chính xác cao để tìm kiếm sự tương tác giữa vật chất tối và vật chất bình thường.

Vũ trụ chủ yếu bao gồm một chất mới lạ và một dạng năng lượng chưa được hiểu rõ. “Vật chất tối” và “năng lượng tối” này không thể nhìn thấy trực tiếp bằng mắt thường hoặc qua kính viễn vọng. Các nhà thiên văn chỉ có thể cung cấp bằng chứng về sự tồn tại của họ một cách gián tiếp, dựa trên hình dạng của các thiên hà và động lực học của vũ trụ. Vật chất tối tương tác với vật chất bình thường thông qua lực hấp dẫn, cũng xác định cấu trúc vũ trụ của vật chất bình thường, nhìn thấy được.

Người ta vẫn chưa biết liệu vật chất tối cũng tương tác với chính nó hay với vật chất bình thường thông qua ba lực cơ bản khác – lực điện từ, lực hạt nhân yếu và mạnh – hoặc một số lực bổ sung. Ngay cả các thí nghiệm rất tinh vi cho đến nay vẫn không thể phát hiện bất kỳ tương tác như vậy. Điều này có nghĩa là nếu nó tồn tại, nó phải rất yếu.

Để làm sáng tỏ hơn về chủ đề này, các nhà khoa học trên toàn cầu đang thực hiện nhiều thí nghiệm mới, trong đó hành động của các lực cơ bản không hấp dẫn diễn ra với sự can thiệp từ bên ngoài càng ít càng tốt và hành động được đo chính xác. Bất kỳ sai lệch so với các hiệu ứng dự kiến ​​có thể chỉ ra ảnh hưởng của vật chất tối hoặc năng lượng tối. Một số trong những thí nghiệm này đang được thực hiện bằng các máy nghiên cứu khổng lồ như những máy được đặt tại CERN, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu tại Geneva. Nhưng các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm, ví dụ ở Düsseldorf, cũng khả thi, nếu được thiết kế cho độ chính xác tối đa.

Nhóm nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Stephan Schiller từ Viện Vật lý Thực nghiệm tại HHU đã trình bày những phát hiện của một thí nghiệm chính xác để đo lực điện giữa proton (“p”) và deuteron (“d”) trên tạp chí Thiên nhiên (Nature) . Proton là hạt nhân của nguyên tử hydro (H), deuteron nặng hơn là hạt nhân của deuterium (D) và bao gồm một proton và neutron liên kết với nhau.

Các nhà vật lý Düsseldorf nghiên cứu một vật thể khác thường, HD +, ion của phân tử hydro bị khử một phần. Một trong hai electron thường có trong vỏ electron bị thiếu trong ion này. Do đó, HD + bao gồm một proton và deuteron liên kết với nhau chỉ bằng một electron, bù cho lực điện đẩy giữa chúng.

Điều này dẫn đến một khoảng cách cụ thể giữa proton và deuteron, được gọi là “độ dài liên kết”. Để xác định khoảng cách này, các nhà vật lý của HHU đã đo tốc độ quay của phân tử với độ chính xác mười một chữ số bằng cách sử dụng kỹ thuật quang phổ mà họ đã phát triển gần đây. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các khái niệm cũng có liên quan trong lĩnh vực công nghệ lượng tử, như bẫy hạt và làm mát bằng laser.

Điều cực kỳ phức tạp để lấy được độ dài liên kết từ kết quả quang phổ, và do đó để trừ đi sức mạnh của lực tác dụng giữa proton và deuteron. Điều này là do lực này có tính chất lượng tử. Lý thuyết về điện động lực học lượng tử (QED) được đề xuất vào những năm 1940 phải được sử dụng ở đây. Một thành viên của nhóm tác giả đã dành hai thập kỷ để thúc đẩy các tính toán phức tạp và gần đây có thể dự đoán độ dài trái phiếu với độ chính xác đủ.

Dự đoán này tương ứng với kết quả đo. Từ thỏa thuận, người ta có thể suy ra sức mạnh tối đa của sự biến đổi lực giữa một proton và deuteron gây ra bởi vật chất tối. Giáo sư Schiller bình luận: “Nhóm của tôi hiện đã đẩy xuống giới hạn trên hơn 20 lần. Chúng tôi đã chứng minh rằng vật chất tối tương tác ít hơn với vật chất bình thường so với trước đây được coi là có thể. Dạng vật chất bí ẩn này vẫn tiếp tục được che giấu, tại ít nhất trong phòng thí nghiệm! “


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Heinrich-Heine Duesseldorf . Bản gốc được viết bởi Arne Claussen và nhân viên biên tập. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. S. Alighanbari, GS Giri, FL Constantin, VI Korobov, S. Schiller. Kiểm tra chính xác điện động lực học lượng tử và xác định hằng số cơ bản với các ion HD . Thiên nhiên , 2020; 581 (7807): 152 DOI: 10.1038 / s41586-020-2261-5

Bài viết liên quan

Bài viết mới