Gravitationswellendetektoren zur Suche nach Dunkler Materie

Global Warming in a Climate of Ignorance | Space News (March 2019).

Anonim

Gravitationswellendetektoren könnten viel mehr als Gravitationswellen erfassen. Laut einer neuen Studie könnten sie möglicherweise auch dunkle Materie entdecken, wenn sich dunkle Materie aus einer bestimmten Art von Teilchen zusammensetzt, einem sogenannten "dunklen Photon". Zukünftig wollen Wissenschaftler des LIGO (Laser Interferometer Gravitationswellen-Observatoriums) eine Suche nach dunklen Photonen durchführen, die bestimmte bisher unerforschte Bereiche des dunklen Photonenparameterraums umfassen.

Ein Team von Physikern, Aaron Pierce, Keith Riles und Yue Zhao von der University of Michigan, hat in einem kürzlich in Physical Review Letters veröffentlichten Artikel ihren Vorschlag zur Verwendung von Gravitationswellendetektoren zur Suche nach dunkler Materie vorgestellt.

"Dieser Vorschlag überbrückt das neu geborene Gebiet der Gravitationswellenastronomie mit dem der Teilchenphysik", sagte Zhao gegenüber Phys.org. "Ohne irgendwelche Modifikationen kann ein Gravitationswellendetektor als ein sehr empfindlicher direkter Detektor für dunkle Materie verwendet werden, mit dem Potenzial für eine Fünf-Sigma-Entdeckung der Dunklen Materie."

Wie die Physiker in ihrer Arbeit erklären, wenn dunkle Photonen eine sehr geringe Masse haben, können sie als ein oszillierendes Hintergrundfeld betrachtet werden, wobei die Schwingungsfrequenz durch ihre Masse bestimmt wird. Gravitationswellendetektoren könnten diese Oszillationen möglicherweise detektieren, da die Oszillationen Testobjekte beeinflussen können, die in den Gravitationswellendetektoren angeordnet sind. Wenn beispielsweise zwei Testobjekte, die sich an verschiedenen Positionen in dem Detektor befinden, unterschiedliche Verschiebungen erfahren, kann dieser Unterschied auf die relative Phase der Oszillationen des dunklen Photonenfelds an diesen verschiedenen Positionen zurückzuführen sein.

Die Physiker erwarten, dass sowohl erdbasierte Gravitationswellendetektoren wie LIGO als auch zukünftige weltraumgestützte Gravitationswellendetektoren wie LISA (Laser Interferometer Space Antenna) die Fähigkeit haben werden, nach Dunkler Photonen Dunkler Materie zu suchen. Die Verwendung von mehr als einem Detektor würde eine Gegenprüfung und eine bessere Empfindlichkeit ermöglichen.

In Zukunft wollen die Wissenschaftler die neue Suchmethode für dunkle Materie weiterentwickeln und genau bestimmen, welches Signal ein Gravitationswellendetektor erhalten würde, wenn ein dunkles Photon in der Nähe wäre.

"Wir planen, diese Arbeit weit über einen theoretischen Vorschlag hinaus zu treiben", sagte Zhao. "Zuerst planen wir, die Datenanalyse mit einem vereinfachten Signalmodell und einem einfachen Suchalgorithmus durchzuführen. Dann werden wir unsere Suchmethode schrittweise verfeinern und eine detaillierte Simulation der Signal- und Detektorreaktion hinzufügen."

menu
menu