Des chercheurs de l'Université de Nottingham ont mis au point une nouvelle méthode utilisant un système de vide imprimé en 3D pour détecter la matière noire et potentiellement découvrir la nature de l'énergie noire. Ce système manipule la densité du gaz et utilise des atomes de lithium ultra-froids pour explorer les effets des champs scalaires, dans le but d'observer les parois de domaine, des défauts formés lors des transitions de phase dans les champs scalaires. Système de photons laser dans le laboratoire de l'Université de Nottingham. Crédit : Université de Nottingham
Des scientifiques ont conçu un système de vide imprimé en 3D pour détecter la matière noire et explorer l'énergie noire, en utilisant des atomes de lithium ultra-froids pour identifier les parois de domaine et potentiellement expliquer l'expansion accélérée de l'univers.
Des scientifiques ont développé un nouveau système de vide imprimé en 3D conçu pour « piéger » la matière noire, dans le but de détecter les parois de domaine. Cette avancée représente une avancée significative dans la percée des 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 ajouter des atomes de lithium ultra-froids pour essayer de détecter des parois sombres. La recherche a été publiée dans Examen physique D.
La professeure Clare Burrage de l'École de physique est l'une des principales auteures de l'étude et explique : « La matière ordinaire dont est fait le monde ne représente qu'une infime fraction du contenu de l'univers, environ 5 %, le reste étant soit de la matière noire, soit de l'énergie noire. Nous pouvons voir leurs effets sur le comportement de l'univers, mais nous ne savons pas ce qu'ils sont. L'une des façons dont les gens tentent de mesurer la matière noire consiste à introduire une particule appelée champ scalaire. »
« La matière noire est la masse manquante dans les galaxies, l’énergie noire peut expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers. Les champs scalaires que nous recherchons pourraient être soit de la matière noire, soit de l’énergie noire. En introduisant les atomes ultra-froids et en examinant les effets qu’ils produisent, nous pourrions être en mesure d’expliquer pourquoi l’expansion de l’univers s’accélère et si cela a des effets sur la Terre. »
Les chercheurs ont basé la construction des vaisseaux 3D sur la théorie selon laquelle les champs scalaires légers, avec des potentiels de puits doubles et des couplages de matière directs, subissent des transitions de phase induites par la densité, conduisant à la formation de parois de domaine.
Méthodologie et théorie
Le professeur Burrage poursuit : « Lorsque la densité diminue, des défauts se forment. C'est un peu comme lorsque l'eau gèle et se transforme en glace. Les molécules d'eau sont aléatoires et lorsqu'elles gèlent, on obtient une structure cristalline avec des molécules alignées de manière aléatoire, certaines étant alignées d'une manière et d'autres d'une autre, ce qui crée des lignes de faille. Quelque chose de similaire se produit dans les champs scalaires lorsque la densité diminue. On ne peut pas voir ces lignes de faille à l'œil nu, mais si des particules les traversent, leur trajectoire peut changer. Ces défauts sont des murs sombres et peuvent prouver la théorie des champs scalaires, soit que ces champs existent, soit qu'ils n'existent pas. »
Pour détecter ces défauts ou parois sombres, l'équipe a créé un vide spécialement conçu qu'elle utilisera dans une nouvelle expérience qui simulera le passage d'un environnement dense à un environnement moins dense. En utilisant la nouvelle configuration, ils refroidiront les atomes de lithium avec des photons laser à -273, ce qui est proche de zéro absoluà cette température, ils acquièrent des propriétés quantiques qui rendent 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, ce qui a créé ce que nous pensions être la forme, la structure et la texture idéales pour piéger la matière noire. Pour démontrer avec succès que les parois sombres ont été piégées, nous laisserons un liquide froid atome « Les nuages passent à travers ces parois. Le nuage est alors dévié. Pour refroidir ces atomes, nous envoyons 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 mettre en place le système et elle espère obtenir des résultats d’ici un an.
Le Dr Hackermueller ajoute : « Que nous prouvions ou non l’existence des murs noirs constituera une avancée importante dans notre compréhension de l’énergie noire et de la matière noire, et un excellent exemple de la manière dont une expérience de laboratoire bien contrôlée peut être conçue pour mesurer directement des effets qui sont pertinents pour l’Univers et qui ne peuvent pas être observés autrement. »
