Muito pouco se sabe sobre a natureza exata da matéria escura. Atualmente, alguns dos candidatos a matéria escura mais promissores são partículas bosônicas extremamente leves, como axions, partículas semelhantes a axions ou mesmo fótons escuros. "Eles também podem ser considerados como um campo clássico oscilando em uma certa frequência. Mas ainda não podemos calcular essa frequência - e, portanto, a massa das partículas, "explica o professor Dmitry Budker." É por isso que no programa de pesquisa CASPEr, estamos investigando sistematicamente diferentes faixas de frequência em busca de indícios de matéria escura. "

O grupo de Budker está procurando por matéria escura por meio do Cosmic Axion Spin Precession Experiment (CASPEr). O grupo CASPEr conduz seus experimentos no PRISMA + Cluster of Excellence da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM). CASPEr é um programa de pesquisa internacional que usa técnicas de ressonância magnética nuclear para identificar e analisar a matéria escura.

A equipe CASPEr está desenvolvendo técnicas especiais de ressonância magnética nuclear (NMR), cada um direcionado a uma faixa de frequência específica e, portanto, a uma faixa específica de massas de partículas de matéria escura. O NMR geralmente se baseia no fato de que os spins nucleares reagem a campos magnéticos que oscilam em uma frequência de ressonância específica. A frequência de ressonância é sintonizada por meio de um segundo, geralmente campo magnético estático. A ideia fundamental do programa de pesquisa CASPEr é que um campo de matéria escura pode influenciar os spins nucleares da mesma maneira. Conforme a Terra se move por este campo, os spins nucleares se comportam como se experimentassem um campo magnético oscilante, gerando assim um espectro de NMR induzido por matéria escura.

No trabalho atual, primeiro autor, Antoine Garcon e seus colegas usaram uma técnica mais exótica:RMN de campo zero a ultralow (ZULF). "ZULF NMR fornece um regime em que os spins nucleares interagem mais fortemente uns com os outros do que com um campo magnético externo, "diz o autor correspondente, Dr. John W. Blanchard." Para tornar os spins sensíveis à matéria escura, só temos que aplicar um campo magnético externo muito pequeno, que é muito mais fácil de estabilizar. "

Além disso, pela primeira vez, os pesquisadores examinaram os espectros ZULF NMR do ácido 13C-fórmico em relação às bandas laterais induzidas pela matéria escura, empregando um novo esquema de análise para fazer a média coerente das bandas laterais de frequência arbitrária em várias medições.

Esta forma particular de análise de banda lateral permitiu aos cientistas pesquisar matéria escura em uma nova faixa de frequência. Nenhum sinal de matéria escura foi detectado, conforme relata a equipe CASPEr na última edição do Avanços da Ciência , permitindo aos autores descartar matéria escura ultraleve com acoplamentos acima de um determinado limite. Ao mesmo tempo, esses resultados fornecem outra peça do quebra-cabeça da matéria escura e complementam os resultados anteriores do programa CASPEr relatado em junho, quando os cientistas exploraram frequências ainda mais baixas usando outro método de RMN especializado chamado comagnetometria.

"Como um quebra-cabeça, combinamos várias peças dentro do programa CASPEr para restringir ainda mais o escopo da pesquisa de matéria escura, "afirma Dmitry Budker.

John Blanchard acrescenta:"Este é apenas o primeiro passo. No momento, estamos implementando várias modificações muito promissoras para aumentar a sensibilidade de nosso experimento."