Het Ondetecteerbare Detecteren – Onderzoekers Op Jacht Naar Donkere Materie Met Hulp Van 3D-Printen

De jacht op een van de donkerste geheimen van het universum gaat door terwijl wetenschappers de mysteries van donkere materie onderzoeken. Donkere materie is verantwoordelijk voor kernprocessen in het zonnestelsel, zoals de vorming van sterrenstelsels, maar is berucht moeilijk te detecteren. Een nieuwe studie van onderzoekers van de School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Nottingham toont een methode om donkere materie te detecteren met behulp van een speciaal ontworpen vacuümsysteem. Hier is wat u moet weten.

Wat is Donkere Materie?

Alledaagse materie is wat mensen beschouwen als alles. Alles wat ruimte inneemt en massa heeft valt in deze categorie, van de grootste ster tot het kleinste atoom. Verrassend genoeg is dit type materie slechts een klein deel van de vergelijking. Specifiek neemt het slechts ongeveer 5% van de samenstelling van het universum in.

Onderzoekers hebben geconcludeerd dat 30% van het universum bestaat uit donkere energie, een andere mysterieuze kracht die wetenschappers al geruime tijd bestuderen. De resterende 69% is donkere materie. Onderzoekers hebben veel aannames gedaan over deze kracht.

Sommigen geloven dat donkere materie bestaat uit oerzwarte gaten, terwijl anderen hebben geconcludeerd dat het onontdekte subatomaire deeltjes moeten zijn. Ondanks hun standpunten zijn ze het er allemaal over eens dat de wetenschap nog niet over voldoende gevoelige apparatuur beschikt om dit energieniveau vast te leggen.

Hoe werd Donkere Materie Ontdekt?

Astronomen noemden donkere materie voor het eerst in 1933. Een Zwitsers-Amerikaanse astronoom genaamd Fritz Zwicky was verbaasd toen hij ontdekte dat het Coma Cluster-stelsel de toen bekende astronomische opvattingen te boven ging. Het sterrenstelsel had slechts 1% van de massa die nodig was om de sterrenstelsels bij elkaar te houden.

Hij theoriseerde dat er een andere vorm van materie moest bestaan die de massa leverde om de sterrenstelsels op hun plaats te houden. Deze ongrijpbare substantie fungeerde als structurele ondersteuning en routekaart voor de vorming van nieuwe sterren, sterrenstelsels en meer. Opmerkelijk was dat hij wiskundig kon aantonen dat de massa bestond, maar het zou nog vele jaren onderzoek vergen voordat wetenschappers de anomalieën van donkere materie consistent en meetbaar konden reproduceren.

Donkere Materie Detecteren is Moeilijk

Het detecteren van onzichtbare donkere materie heeft zich bewezen als een tijdrovend en wetenschappelijk uitdagend proces. De kracht is onzichtbaar en zelfs met de meest geavanceerde optische instrumenten blijft het bijna onmogelijk om te detecteren. In plaats daarvan is de enige manier waarop onderzoekers deze kracht hebben kunnen detecteren via fluctuaties in de zwaartekrachtsinvloeden.

Nieuwe Studie Verbetert Detectie

De studie, “Detecting dark domain walls through their impact on particle trajectories in tailored ultrahigh vacuum environments”, legt een nieuwe methode uit voor het meten van de aanwezigheid van donkere materie. De nieuwe aanpak introduceert een speciaal ontworpen 3D-geprinte vacuümkamer die donkere materie laat accumuleren en botsen, wat leidt tot een zwaartekrachtfluctuatie.

Scalair Velden

De onderzoekers gebruikten scalair velden om ervoor te zorgen dat ze minuscule veranderingen in het zwaartekrachtsveld vastlegden. Scalair velden worden vaak gebruikt om data uit 3D-omgevingen op te lossen en vast te leggen. Deze testprotocollen wijzen elk punt in de ruimte een specifiek getal toe. Scalair velden bieden een nauwkeurige en consistente manier om veranderingen in velden over de ruimte te meten.
Scalair velden zijn tegenwoordig gangbaar. Ze worden gebruikt om temperatuurveranderingen, elektrische potentiaal, straling, druk en zwaartekrachtveranderingen te meten. De dynamische aard van deze vorm van gegevensherstel stelt onderzoekers in staat nuttige inzichten te verkrijgen in de gemonitorde omgeving. Deze gegevens kunnen lineair, niet-lineair of schaalmatig worden verzameld.

Test

De studie, die drie jaar duurde, benadrukt hoe speciale 3D-geprinte kamers een fenomeen creëren dat bekend staat als domeinwanden. Domeinwanden zijn energieopstapelingen die optreden wanneer faseovergangen van scalair velden plaatsvinden. De domeinwanden beïnvloeden deeltjes wanneer ze erdoorheen gaan, waardoor hun traject wordt gewijzigd en hun vluchtpad wordt aangepast. Deze afwijking kan vervolgens worden gemeten om het bestaan van donkere materie te bepalen.
Onderzoekers monitoren deze domeinwanden en gebruikten hun gegevens om de ideale 3D-geprinte vacuümkamer te creëren. Het apparaat bevatte een specifieke vorm en structuur om deeltjes van donkere materie te vangen. De onderzoekers gebruikten ook speciale materialen die het vangproces ondersteunden.

Lagere Dichtheid Door Temperatuur Verlaging

Het team voegde het reactieproces toe door de temperatuur van de lichte deeltjes te verlagen. Dit proces werd door de onderzoekers beschreven als vergelijkbaar met water dat langzamer wordt en stolt naarmate de temperatuur daalt. In dit onderzoek werd het gas met lagere dichtheid gemengd met ultrakoele lithiumatomen.
Als onderdeel van het experiment werden deze atomen afgekoeld tot -273 graden. Deze temperatuur bracht de atomen bijna tot het absolute nulpunt, waardoor ze stabieler konden reageren vergeleken met normale temperaturen. Deze manoeuvre simuleerde een deeltje dat door een substantie reist die dichter wordt langs zijn pad.

Resultaten

Onderzoekers hebben met succes nanohertz zwaartekrachtsgolffluctuaties gemeten, en hun aanwezigheid duidde op donkere materie. Deze resultaten kunnen een ingrijpend effect hebben op hoe wetenschappers de evolutie van het universum zien. Nu kan het testproces worden gebruikt om meer gegevens te verzamelen over deze ongrijpbare deeltjes die de bouwstenen van het sterrenstelsel vormen.

Onderzoekers

De studie werd uitgevoerd aan een van Europa’s toonaangevende wetenschappelijke onderzoeksacademies, de School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Nottingham. Specifiek leidde professor Clare Burrage de onderzoeksinspanningen en werd zij ondersteund door universitair hoofddocent Lucia Hackermueller.

Voordelen die de Studie Onthult

Het vermogen om donkere materie te detecteren met behulp van domeinwanden via geprinte vacuümkamers opent een nieuwe wereld van mogelijkheden voor onderzoekers en degenen die een beter begrip van deze kracht willen krijgen. De studie legt de basis voor onderzoekers die de acties van deze kracht willen meten en voorspellen, met als doel op een dag te begrijpen hoe deze bijdraagt aan de vorming van sterrenstelsels en de evolutie van het universum.

Andere Donkere Materie Studies die Vermeldenswaardig Zijn

De wetenschappelijke gemeenschap blijft innoveren en nieuwe methoden uitvinden om donkere materie en energie te monitoren. Deze methoden bestrijken verschillende wetenschappen, waaronder metingen vanuit de ruimte, het creëren van grote lichtdeeltjesvolgsystemen om naar zwaartekrachteffecten te zoeken, en nog veel meer. Hier zijn enkele van de meest voordelige inspanningen tot nu toe.

Euclid Ruimtetelescoop

De Euclid-ruimtetelescoop van Europa werd recent gelanceerd vanaf een Falcon 9-raket vanuit Florida in de zoektocht naar donkere materie. Het project, genaamd “Dark Detective”, is ontworpen om samen te werken met de James Webb-telescoop om anomalieën verder te onderzoeken. In tegenstelling tot de James Webb-telescoop, die een ongelooflijke pinpoint-focus heeft, is de 15 voet hoge en 11 voet brede satelliettelescoop ontworpen om enorme panoramische beelden van het universum vast te leggen.
Het apparaat zal de grootste perspectieffoto’s kunnen vastleggen van de 13,8 miljard jaar oude geschiedenis van het universum. Wetenschappers kunnen deze foto’s onderzoeken om de lichtbeweging over het sterrenstelsel te volgen. Opmerkelijk is dat ze vervolgens lichtvervorming kunnen gebruiken om zwaartekrachtsanomalieën veroorzaakt door donkere materie te lokaliseren. Dit fenomeen staat bekend als gravitationele lenswerking en heeft enkele intrigerende resultaten opgeleverd.

CERN

Een van de meest voordelige en bekendste projecten die proberen donkere materie te monitoren, meten en creëren, komt van de onderzoekers bij CERN. Deze enorme onderzoeksfaciliteit werd opgericht in 1954. Sindsdien heeft ze een grote rol gespeeld in de wetenschappelijke gemeenschap over verschillende sectoren, waaronder het creëren van onderzoeksprotocollen voor het ontdekken en monitoren van high‑energy protocollen.

Dit in Genève gevestigde onderzoeksbedrijf heeft samengewerkt met de briljantste en meest innovatieve projecten op de markt, en haar prestaties kunnen niet genoeg benadrukt worden. Bijvoorbeeld, Tim Berners‑Lee lanceerde in 1989 beroemdweg het World Wide Web vanuit de faciliteit die later in 1991 de eerste website huisvestte. Vandaag richt de faciliteit zich op een verscheidenheid aan wetenschappelijke activiteiten.

CERN staat vooral bekend als de thuisbasis van de Large Hadron Collider (LHC). Dit apparaat is de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld. Het apparaat kan deeltjes versnellen tot maximale snelheid en ze vervolgens laten botsen om de effecten te registreren. Deze methode wordt nu gebruikt om zwaartekrachteffecten veroorzaakt door donkere materie te meten, wat op een dag meer inzicht kan geven in haar aanwezigheid en effecten.

Neutronenster

Een andere methode die onderzoekers hebben geïntroduceerd om de aanwezigheid van donkere materie te monitoren, is via de meting van energieniveaus van neutronensterren. Met behulp van een speciaal gebouwde telescoop genaamd het IceCube Neutrino Observatory op de Zuidpool in Antarctica, kunnen onderzoekers de ophoping van donkere materie op deze hemellichamen monitoren.
Opmerkelijk is dat wetenschappers op zoek gaan naar de bijproductdeeltjes die ontstaan wanneer donkere materie met elkaar interacteert en zichzelf vernietigt. Dit gebeurt telkens wanneer er een ophoping van donkere materie op een neutronenster is. Deze methode volgt de bijproducten van deze botsingen en meet hun fluctuaties in de tijd, waardoor een kaart van deze energie ontstaat terwijl deze zich voortbeweegt.

Bedrijven die van deze Ontdekkingen Kunnen Profiteren

Het vermogen om donkere materie te detecteren en op een dag te benutten is al lange tijd een doel voor wetenschappers en onderzoekers. Deze nieuwste ontwikkelingen zullen het gemakkelijker maken om dit ongrijpbare element grondig te bestuderen en de mysteries ervan te ontrafelen. Om deze taak te volbrengen zal er meer vraag zijn naar ruimtevaartuigen en geavanceerde testfaciliteiten. Hier zijn twee bedrijven die in de toekomst van deze ontwikkelingen kunnen profiteren.

1. SpaceX

Miljardair excentriek Elon Musk richtte SpaceX op 14 maart 2002 op. Dit in El Segundo, Californië gevestigde bedrijf startte onder een andere naam “Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation” (SET) voordat het werd hernoemd naar de meer marktgerichte naam SpaceX. Opmerkelijk is dat Musk, om het project te waarborgen, 50% van zijn destijds $180 miljoen waardige PayPal (PYPL ) -aandelen inbracht. Deze fondsen werden gebruikt om de onderzoekers te verzekeren die nodig waren om hun eerste raket te lanceren.
SpaceX is vandaag de pionier in de commerciële ruimtevaartsector. Het bedrijf blijft het eerste particuliere gefinancierde bedrijf dat een vaartuig naar het internationale ruimtestation heeft gestuurd. Het is ook het eerste dat een raket op de maan landde, de krachtigste raket lanceerde, en het enige bedrijf dat met succes een herbruikbare raket heeft geland.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Prijsgrafiek

Teledyne Technologies (TDY ) Inc. is een toonaangevende leverancier van ruimtevaartmaterialen. Het bedrijf biedt een selectie van geavanceerde elektronische componenten, instrumenten en communicatiesproducten van hoge kwaliteit. Teledyne Tech kwam in 1999 op de markt en bestond oorspronkelijk uit een conglomeraat van 19 bedrijven. Tegenwoordig omvat Teledyne Technologies, Inc. meer dan 100 bedrijven wereldwijd.

Teledyne Technologies Inc. zou aanzienlijke winsten kunnen zien dankzij een drang om meer sensoren in de ruimte te plaatsen. Het bedrijf is een belangrijke leverancier van ruimtevaart‑grade aluminium en andere systemen die essentieel zijn voor het uitvoeren van deze missies. Er zijn momenteel verschillende satellieten die gebruikmaken van de producten van het bedrijf.

Het aandeel van Teledyne Technologies Inc., TDY, heeft consistente rendementen van 6,56% laten zien. De positionering van het bedrijf en de verwachte groei in ruimtegerelateerde activiteiten maken deze activa een sterke “Buy”. In de komende weken zal Teledyne Technologies, Inc. een cruciale rol blijven spelen in de groeiende ruimtevaartmarkt.

Toekomst van Donkere Materie Studies

De toekomst van onderzoek naar donkere materie ziet er rooskleurig uit. De introductie van robotica en AI zal het naar nieuwe hoogten stuwen en onderzoekers in staat stellen om voor het eerst deze substantie consistent te volgen en te monitoren. De introductie van AI‑aangedreven robotische ruimteonderzoekers zal mensen dichter bij deze ongrijpbare antwoorden brengen zonder menselijk leven in gevaar te brengen.
Daarnaast zal er veel meer nadruk liggen op het creëren van donkere materie in laboratoria. De LHC zal een cruciale rol spelen in dit proces als de grootste deeltjesversneller met sensoren die gevoelig genoeg zijn om de minuscule fluctuaties veroorzaakt door donkere materie vast te leggen.

Donkere Materie Meten is Stap 1

De vorderingen in het meten van donkere materie blijven helpen de kenmerken van deze nog niet volledig begrepen kracht bloot te leggen. In de toekomst zullen onderzoekers relevante gegevens koppelen en geavanceerde AI‑deep‑learning benutten om correlaties te maken die voor menselijke lezers onwaarschijnlijk leken. Al deze ontwikkelingen en nog veel meer zullen ertoe leiden dat donkere materie in de toekomst transparanter wordt.

U kunt meer leren over spannende ruimtevaartprojecten hier.