Físicos da Universidade de Estocolmo e do Instituto Max Planck de Física se voltaram para os plasmas em uma proposta que pode revolucionar a busca pela elusiva matéria escura.

A matéria escura representa 85 por cento da matéria no universo. Introduzido originalmente para explicar por que a força forte, que une prótons e nêutrons, é o mesmo para trás e para frente no tempo, o chamado axion forneceria uma explicação natural para a matéria escura. Em vez de partículas discretas, axion matéria escura formaria uma onda penetrante fluindo por todo o espaço.

O axion é uma das melhores explicações para a matéria escura, mas só recentemente tem sido o foco de esforços experimentais em grande escala. Agora, há uma corrida para ter novas ideias para encontrar o áxion em todas as áreas onde ele poderia estar escondido.

"Encontrar o áxion é um pouco como sintonizar um rádio:você precisa sintonizar sua antena até conseguir a frequência certa. Em vez de música, experimentalistas seriam recompensados ​​com 'ouvir' a matéria escura pela qual a Terra está viajando. Apesar de estar bem motivado, axions foram experimentalmente negligenciados durante as três décadas desde que foram nomeados pelo co-autor Frank Wilczek, "diz o Dr. Alexander Millar do Departamento de Física, Universidade de Estocolmo, e autor do estudo.

A principal ideia do novo estudo da equipe de pesquisa é que, dentro de um campo magnético, axions gerariam um pequeno campo elétrico que poderia ser usado para acionar oscilações no plasma. Em um plasma, partículas carregadas, como elétrons, podem fluir livremente como um fluido. Essas oscilações amplificam o sinal, levando a um melhor "rádio axion". Ao contrário dos experimentos tradicionais baseados em cavidades ressonantes, quase não há limite para o tamanho desses plasmas, fornecendo assim um sinal maior. A diferença é parecida com a diferença entre um walkie-talkie e uma torre de transmissão de rádio.

"Sem o plasma frio, axions não podem ser eficientemente convertidos em luz. O plasma desempenha um papel duplo, ambos criando um ambiente que permite uma conversão eficiente, e fornecer um plasmon ressonante para coletar a energia da matéria escura convertida, "diz o Dr. Matthew Lawson, Pós-doutorado no Departamento de Física, Universidade de Estocolmo, também autor do estudo.

"Esta é uma maneira totalmente nova de procurar a matéria escura, e nos ajudará a procurar um dos candidatos mais fortes de matéria escura em áreas que estão completamente inexploradas. Construir um plasma sintonizável nos permitiria fazer experimentos muito maiores do que as técnicas tradicionais, dando sinais muito mais fortes em altas frequências, "diz o Dr. Alexander Millar.

Para sintonizar este "rádio axion, "os autores propõem o uso de algo chamado de" metamaterial de fio, "um sistema de fios mais finos que o cabelo que pode ser movido para alterar a frequência característica do plasma. Dentro de uma grande, ímã poderoso, semelhantes aos usados ​​em máquinas de ressonância magnética em hospitais, um metamaterial de fio se transforma em um rádio axion muito sensível.

Em estreita colaboração com os pesquisadores, um grupo experimental em Berkeley está fazendo pesquisa e desenvolvimento no conceito com a intenção de construir tal experimento em um futuro próximo.

"Haloscópios de plasma são uma das poucas ideias para procurar axions neste espaço de parâmetros. O fato de a comunidade experimental ter aderido a essa ideia tão rapidamente é muito empolgante e promissor para a construção de um experimento em escala real, "diz o Dr. Alexander Millar.