Mörk materia är en mystisk substans som utgör 85 procent av materien i universum. Vad den består av är fortfarande ett mysterium och forskare har länge försökt komma närmare gåtan.
Ursprungligen infördes begreppet för att förklara den så kallade starka kraften som håller ihop protoner och neutroner.
En teori, som på senare år har fått en renässans, är att så kallade axion-liknande partiklar kan förklara den mörka materian. Axioner är hypotetiska elementarpartiklar kan väga hundra miljarder gånger mindre än elektroner. Skulle de finnas är de ändå svåra att observera.
– Att hitta axioner är lite som att ställa in en radio: du måste ställa in din antenn tills du fångar in rätt frekvens. I stället för musik skulle de som experimenterar belönas med att ”höra” den mörka materien som jorden färdas genom. Trots att de är väl värda att undersökas har axioner tidvis försummats sedan de namngavs av en medförfattar till studien, fysikprofessor Frank Wilczek, för tre decennier sedan, säger Alexander Millar, postdoktor vid Fysikum, Stockholms universitet, och författare till studien.
Svängningar i plasma ger bättre signal
Den viktigaste insikten i forskargruppens nya studie är att axioner i ett magnetfält genererar ett elektriskt fält som kan användas för att driva svängningar i plasma.
Plasma är ett material där laddade partiklar, som elektroner, kan flöda fritt som en vätska. Svängningarna i plasma förstärker signalen, vilket leder till ett bättre ”ljud”. Till skillnad från traditionella experiment baserade på resonanshålrum, finns det nästan ingen gräns för hur stora dessa plasmer kan vara, vilket ger en bättre signal.
– Plasmat spelar en dubbel roll, både för att skapa en miljö som möjliggör effektiv omvandling av axioner, och för att samla in energin från dem, säger Matthew Lawson, postdoktor vid Fysikum, Stockholms universitet, och även han författare till studien.
– Det här är helt ett nytt sätt att leta efter mörk materia och det kommer att hjälpa oss att undersöka en av de starkaste kandidaterna bakom mörk materia inom områden som är helt outforskade. Att bygga ett inställbart plasma skulle göra det möjligt att genomföra större experiment än vad traditionella tekniker erbjuder, säger Alexander Millar.
Artikeln “Tunable Axion Plasma Haloscopes” finns att läsa i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.
Det engelska pressmeddelandet: “Physicists have found a way to ‘hear’ dark matter”.