Një studim i ri i publikuar në Physical Review Letters (PRL) propozon përdorimin e detektorëve të valëve gravitacionale si LIGO për të kërkuar materien e errët të fushës skalarë.
Materia e errët, një formë e pakapshme e materies, përbën deri në 30% të materies së dukshme në univers. Ajo nuk thith, emeton ose reflekton dritë, duke e bërë të padukshme për ne.
Prania e saj nxirret nga efektet gravitacionale mbi materien e dukshme, si lëvizja e grumbujve galaktikë dhe rrotullimi i galaktikave. Për shkak të natyrës së saj të pakapshme, ajo ka tërhequr interes të gjerë nga shkencëtarët. Megjithatë, pavarësisht kërkimeve të shumta, natyra e saj mbetet e panjohur.
Studimi në PRL, i drejtuar nga Dr. Alexandre Sébastien Göttel nga Universiteti i Cardiff-it, eksploron kërkimin për një kandidat të veçantë për materien e errët të quajtur materia e errët e fushës skalarë. Dr. Göttel foli për Phys.org rreth kërkimit.
“Unë kohët e fundit ndryshova fushën nga fizika e grimcave, duke u fokusuar në neutrinet diellore, te analiza e të dhënave të valëve gravitacionale. Mundësia për të kërkuar materie të errët me LIGO më dukej si mënyra ideale për të aplikuar ekspertizën time në të dyja fushat duke mësuar më shumë për interferometrinë,” tha Dr. Göttel.
**Detektorët e valëve gravitacionale**
Detektorët e valëve gravitacionale janë pajisje shumë të ndjeshme që zbulojnë shtrembërime të vogla (të njohura si valë gravitacionale) në hapësirë-kohë.
Observatori i Valëve Gravitacionale me Interferometër Laserik, ose LIGO, përdor interferometra lazerik për të zbuluar valët gravitacionale. Përdorimi përfshin dy krahë me gjatësi 4 kilometra në kënde të drejta. Një rreze lazerike ndahet në dy dhe dërgohet përgjatë secilit krah.
Valët gravitacionale shtrijnë dhe shtrëngojnë vetë hapësirë-kohën dhe, meqenëse ato janë të natyrës transverse, ato shkaktojnë që njëri krah të shtrihet, ndërsa tjetri të shtrëngohet. Kjo do të thotë se koha e marrë nga drita për të kaluar përgjatë secilit krah do të jetë e ndryshme.
Dy rrezet më pas dërgohen përsëri në qendër duke përdorur një pasqyrë dhe modelet e interferencës maten. Ndryshimi në modelin e interferencës është mënyra si LIGO zbulon praninë e një vale gravitacionale.
**Përdorimi i LIGO për zbulimin e materies së errët**
Një nga format e hipotetizuara të materies së errët është materia e errët e fushës skalarë. Këto janë grimca boson skalarë jashtëzakonisht të lehta, që do të thotë se ato nuk kanë rrotullim të brendshëm ose drejtim. Me fjalë të thjeshta, nëse ato do të rrotulloheshin në hapësirë, vetitë e tyre nuk do të ndryshonin.
Materia e errët e fushës skalarë supozohet të ndërveprojë dobët me materien dhe dritën. Kjo ndërveprim e dobët së bashku me masën e ulët do të thotë se materia e errët e fushës skalarë mund të shfaqë struktura të ngjashme me valët, të përhapen dhe të mbivendosen për të formuar modele vale.
Kjo i lejon ato të krijojnë formacione të qëndrueshme, si re të materies së errët që mund të lëvizin përmes hapësirës pa u shpërbërë. Kjo veti e materies së errët të fushës skalarë është kyçe për përdorimin e detektorëve të valëve gravitacionale, si LIGO, për t’i kërkuar ato.
Dr. Göttel shpjegoi, “Disa teori sugjerojnë se materia e errët sillet më shumë si një valë sesa si një grimcë. Këto valë do të shkaktonin lëkundje të vogla në materien normale, të cilat mund të zbulohen nga detektorët e valëve gravitacionale.”
**Efektet në masat testuese**
Ekipi i kërkimit përdori të dhëna nga seria e tretë e vëzhgimit të LIGO-s dhe zgjeroi kërkimin në frekuenca më të ulëta (10 deri në 180 Hertz), duke përmirësuar ndjeshmërinë krahasuar me punimet e mëparshme.
Ndërsa studimet e mëparshme marrin parasysh efektin që materia e errët e fushës skalarë do të kishte mbi ndarësin e rrezës, të ngjashëm me valët gravitacionale, studiuesit gjithashtu përfshinë efektin mbi pasqyrat në krahët e interferometrit.
“Në një nivel atomik, mund ta imagjinoni fushën e materies së errët duke u luhatur së bashku me fushën elektromagnetike. Luhatjet e fushës së materies së errët në fakt modifikojnë konstantet themelore, si konstanta e strukturës së imët dhe masa e elektronit, të cilat rregullojnë ndërveprimet elektromagnetike,” tha Dr. Göttel.
Meqë luhatjet e materies së errët prekin çdo atom në univers, marrja në konsideratë e efektit të tyre mbi masat testuese, ose pasqyrat, në krahët e interferometrit ishte një konsideratë thelbësore e bërë nga ekipi i kërkimit.
Dr. Göttel shtoi, “E gjithë materia do të prekej nga këto luhatje, por luhatjet e pjesëve të tjera të instrumentit do të kishin shumë pak ose aspak efekt mbi rrezen lazer që kalon, e cila është ajo që mund të zbulojmë.”
**Vendosja e kufijve të sipërm**
Ekipi i kërkimit zhvilloi një model teorik për të kuptuar se si materia e errët e fushës skalarë do të ndërvepronte me komponentët e LIGO-s, ndarësit e rrezës dhe masat testuese.
Më pas, ata përdorën software simulimi për të kuptuar se si materia e errët e fushës skalarë do të ndikonte në rezultatin e LIGO-s, nëse ajo do të ishte e pranishme. Simulimi ofron një ide të llojit të sinjalit ose anomalit që duhet të kërkohet në të dhënat e LIGO-s.
Ekipi i kërkimit përdori më pas të dhënat nga LIGO dhe aplikoi një metodë të quajtur analiza spektrale logaritmike për të identifikuar modelet ose sinjalet që përputhen me efektet e parashikuara të materies së errët të fushës skalarë.
Ekipi nuk arriti të gjejë prova të bindshme për materien e errët të fushës skalarë në të dhënat e LIGO-s. Megjithatë, ata arritën të vendosin kufij të rinj të sipërm mbi forcën e ndërveprimit midis materies së errët dhe komponentëve të LIGO-s.
Kjo forcë e bashkimit është vlera e pragut mbi të cilën prania e materies së errët skalarë mund të zbulohet. Vlera e kësaj force të bashkimit u përmirësua me një faktor 10,000 krahasuar me punën e mëparshme, në këtë gamë të veçantë frekuence.
“Ne jemi të parët që llogarisim efektet diferenciale shtesë në masat testuese, të cilat janë të rëndësish
