Pag-detect sa Hindi Matutuklasan – Mga Mananaliksik sa Paghahanap ng Dark Matter na Tinutulungan ng 3D Printing

The hunt for one of the universe’s darkest secrets continues as scientists seek out the mysteries of dark matter. Dark matter is responsible for core actions in the solar system such as the formation of galaxies, but is notoriously difficult to detect. A new pag-aaral put forth by researchers from the University of Nottingham’s’ School of Physics and Astronomy demonstrates a method of detecting dark matter using a specially designed vacuum system. Here’s what you need to know.

Ano ang Dark Matter?

Ang karaniwang materya ay kung ano ang itinuturing ng mga tao na lahat ng bagay. Anumang bagay na sumasakop ng espasyo at may masa ay kabilang sa kategoryang ito mula sa pinakamalaking bituin hanggang sa pinakamaliit na atom. Nakakagulat, ang ganitong uri ng materya ay maliit lamang na bahagi ng kabuuan. Partikular, ito ay bumubuo lamang ng humigit-kumulang 5% ng komposisyon ng uniberso.

Napagpasyahan ng mga mananaliksik na 30% ng uniberso ay binubuo ng black energy, isa pang misteryosong puwersa na pinag-aaralan ng mga siyentipiko nang ilang panahon. Ang natitirang 69% ay dark matter. Maraming hinuha ang ginawa ng mga mananaliksik tungkol sa puwersang ito.

Naniniwala ang ilan na ang dark matter ay binubuo ng mga primordial black holes, habang ang iba ay nagkakalkula na ito ay mga hindi pa natutuklasang subatomic particles. Sa kabila ng kanilang mga posisyon, lahat ay sumasang-ayon na ang agham ay wala pang sapat na sensitibong kagamitan upang mahuli ang antas ng enerhiyang ito.

Paano Natuklasan ang Dark Matter?

Una nang binanggit ng mga astronomo ang dark matter noong 1933. Isang Swiss-American na astronomo na si Fritz Zwicky ang nagulat nang makita na ang galaxy ng Coma Cluster ay sumalungat sa mga kilalang paniniwala sa astronomiya noong panahong iyon. Ang galaxy ay may lamang 1% ng massang kailangan upang pag-isahin ang mga galaxy.

Pinagmulan – Constellation-guide

Inakala niya na dapat may ibang anyo ng materya na nagbibigay ng masa upang pag-isahin ang mga galaxy. Ang mapanlinlang na substansyang ito ay nagsilbing estruktural na suporta at gabay para sa pagbuo ng mga bagong bituin, galaxy, at iba pa. Kapansin-pansin, nasabi niya sa pamamagitan ng matematika na umiiral ang masa, ngunit kakailanganin pa ng maraming taon ng pananaliksik bago magawang tumpak na muling likhain ng mga siyentipiko ang mga anomalya ng dark matter nang pare-pareho at masukat.

Mahirap I-detect ang Dark Matter

Ang pag-detect ng hindi nakikitang dark matter ay napatunayang isang matagal at siyentipikong hamong proseso. Ang puwersa ay hindi nakikita at kahit na gamit ang pinaka-advanced na optikal na instrumento, halos imposibleng matuklasan ito. Sa halip, ang tanging paraan na nagamit ng mga mananaliksik upang matuklasan ang puwersang ito ay sa pamamagitan ng mga pag-iba-iba sa gravitational na impluwensya.

Bagong Pag-aaral ay Nagpapabuti ng Pag-detect

Ang pag-aaral, “Detecting dark domain walls through their impact on particle trajectories in tailored ultrahigh vacuum environments,” ay nagpapaliwanag ng isang bagong paraan para sukatin ang presensya ng dark matter. Ang makabagong lapit ay nagpakilala ng isang espesyal na dinisenyong 3D-printed na vacuum chamber na nagpapahintulot sa dark matter na mag-ipon at magbanggaan, na nagreresulta sa pag-iba-iba ng grabitasyon.

Scalar Fields

Gumamit ang mga mananaliksik ng scalar fields upang matiyak na mahuhuli nila ang napakaliit na pagbabago sa gravitational field. Ang scalar fields ay karaniwang ginagamit upang lutasin at makuha ang data mula sa mga 3D na kapaligiran. Ang mga testing protocol na ito ay nag-aasign ng isang tiyak na numero sa bawat punto sa espasyo. Ang scalar fields ay nagbibigay ng tumpak at pare-parehong paraan upang sukatin ang mga pagbabago sa mga field sa buong espasyo.

Ang scalar fields ay karaniwan ngayon. Ginagamit ito upang sukatin ang mga pagbabago sa temperatura, electric potential, radiation, pressure, at mga pagbabago sa grabitasyon. Ang dinamiko nitong katangian ng ganitong uri ng pagkuha ng data ay nagbibigay-daan sa mga mananaliksik na makakuha ng kapaki-pakinabang na pananaw sa sinusuring kapaligiran. Ang data na ito ay maaaring kolektahin sa linear, nonlinear, o scale na paraan.

Pagsubok

Ang pag-aaral, na tumagal ng tatlong taon upang makumpleto, ay naglalahad kung paano ang mga espesyal na 3D-printed na chamber ay lumilikha ng isang phenomenon na kilala bilang Domain walls. Ang Domain walls ay mga pag-ipon ng enerhiya na nangyayari kapag may phase transition sa scalar field. Ang mga domain wall ay nakakaapekto sa mga particle habang dumadaan dito, binabago ang kanilang trajectory at paglipad. Ang paglihis na ito, sa kalaunan, ay maaaring sukatin upang matukoy ang pag-iral ng dark matter.

Sinubaybayan ng mga mananaliksik ang mga domain wall na ito at kinuha ang kanilang data upang lumikha ng perpektong 3D-printed vacuum chamber. Ang aparato ay naglalaman ng isang tiyak na hugis at estruktura para sa pag-trap ng mga particle ng dark matter. Gumamit din ang mga mananaliksik ng mga espesyal na materyales na tumulong sa proseso ng pag-trap.

Mas Mababang Densidad sa Pamamagitan ng Pagbababa ng Temperatura

Idinagdag ng koponan ang proseso ng reaksyon sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura ng mga magagaan na particle. Inilarawan ito ng mga mananaliksik bilang katulad ng pagbagal at pagyeyelo ng tubig habang bumababa ang temperatura. Sa pananaliksik na ito, ang gas na may mas mababang densidad ay hinaluan ng napakalamig na lithium atoms.

Bilang bahagi ng eksperimento, ang mga atom na ito ay pinalamig hanggang -273 degrees. Ang temperaturang ito ay naglagay sa mga atom malapit sa absolute zero, na nagbigay-daan sa kanila na mag-react sa isang matatag na paraan kumpara sa normal na temperatura. Ang hakbang na ito ay nag-simulate ng isang particle na naglalakbay sa isang substansya na nagiging mas matindi habang ito ay dumadaan.

Mga Resulta

Matagumpay na nasukat ng mga mananaliksik ang nanohertz na pag-iba-iba ng gravitational-wave, at ang kanilang presensya ay nagbigay ng senyales ng dark matter. Ang mga resulta ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa kung paano nakikita ng mga siyentipiko ang pag-unlad ng uniberso. Ngayon, ang proseso ng pagsubok ay maaaring magamit upang mangalap ng karagdagang data tungkol sa mga mapanlinlang na particle na nagbibigay ng mga batayang sangkap ng galaxy.

Mga Mananaliksik

Ang pag-aaral ay isinagawa sa isa sa mga nangungunang akademya ng siyentipikong pananaliksik sa Europa, ang School of Physics and Astronomy ng University of Nottingham. Partikular, pinamunuan ni Propesor Clare Burrage ang mga pagsisikap sa pananaliksik at sinuportahan ni Associate Professor Lucia Hackermueller.

Mga Benepisyo na Ipinapakita ng Pag-aaral

Ang kakayahang matuklasan ang dark matter gamit ang domain walls sa pamamagitan ng mga printed vacuum chambers ay nagbubukas ng bagong mundo ng mga oportunidad para sa mga mananaliksik at sa mga naghahangad ng mas malalim na pag-unawa sa puwersang ito. Ang pag-aaral ay naglalatag ng pundasyon para sa mga mananaliksik na nagnanais sukatin at hulaan ang mga galaw ng puwersang ito, na may layuning isang araw maunawaan kung paano ito tumutulong sa pagbuo ng mga galaxy at sa pag-unlad ng uniberso.

Iba pang Pag-aaral sa Dark Matter na Dapat Tandaan

Patuloy na nag-iinobasyon at lumilikha ng mga bagong paraan ang komunidad ng siyensiya para subaybayan ang dark matter at enerhiya. Ang mga pamamaraang ito ay sumasaklaw sa iba’t ibang larangan ng agham, kabilang ang pagsukat mula sa kalawakan, paglikha ng malalaking light particle tracking device upang maghanap ng mga gravitational effect, at marami pang iba. Narito ang ilan sa mga pinaka-kapaki-pakinabang na pagsisikap na nailahad hanggang ngayon.

Euclid Space Telescope

Kamakailan lamang inilunsad mula sa Falcon 9 rocket sa Florida ang Euclid space telescope ng Europa upang hanapin ang dark matter. Ang proyektong tinawag na “Dark Detective,” ay dinisenyo upang makipagtulungan sa James Webb telescope para higit pang siyasatin ang mga anomalya. Hindi tulad ng James Webb telescope, na may napakatalas na focus, ang 15-foot-tall at 11-foot-wide na satellite telescope ay dinisenyo upang makunan ang napakalawak na panoramic view ng uniberso.

Ang aparato ay makakakuha ng pinakamalaking perspektibong mga larawan ng kasaysayan ng uniberso na 13.8 bilyong taon na ang gulang. Maaaring suriin ng mga siyentipiko ang mga larawang ito upang subaybayan ang paggalaw ng liwanag sa buong galaxy. Kapansin-pansin, magagamit nila ang pagbaluktot ng liwanag upang matukoy ang mga gravitational anomaly na sanhi ng dark matter. Ang phenomenon na ito ay kilala bilang gravitational lensing at nagbunga ng ilang kawili-wiling resulta.

CERN

Isa sa mga pinaka-kapaki-pakinabang at kilalang proyekto na ginagamit upang subukang subaybayan, sukatin, at lumikha ng dark matter ay nagmula sa mga mananaliksik sa CERN. Ang napakalaking pasilidad na ito ay itinatag noong 1954. Mula noon, ito ay nagkaroon ng malaking papel sa komunidad ng siyensiya sa iba’t ibang sektor, kabilang ang paglikha ng mga research protocol para sa pagtuklas at pagsubaybay ng high-energy na mga protocol.

Ang Geneva-based na research firm na ito ay nakipagtulungan sa mga pinakamaliwanag at pinaka-innovative na proyekto sa merkado, at ang mga nagawa nito ay hindi maaaring maliitin. Halimbawa, si Tim Berners-Lee ay kilalang inilunsad ang World Wide Web noong 1989 mula sa pasilidad na kalaunan ay nag-host ng unang website noong 1991. Sa kasalukuyan, ang pasilidad ay nakatuon sa iba’t ibang aktibidad na siyentipiko.

Ang CERN ay kilala bilang tahanan ng Large Hadron Collider (LHC). Ang aparatong ito ay ang pinakamalaking at pinakamataas na enerhiyang particle collider sa mundo. Kayang kunin ng aparatong ito ang mga parcel at itulak ito sa pinakamataas na bilis bago ito banggain upang maitala ang mga epekto. Ang pamamaraang ito ay ngayon ginagamit upang sukatin ang mga gravitational effect na sanhi ng dark matter na maaaring isang araw ay magbigay pa ng karagdagang liwanag sa pag-iral at mga epekto nito.

Neutron Star

Isa pang paraan na ipinakilala ng mga mananaliksik upang subaybayan ang pag-iral ng dark matter ay sa pamamagitan ng pagsukat ng mga antas ng enerhiya ng neutron star. Gamit ang isang espesyal na telescope na tinatawag na IceCube Neutrino Observatory sa South Pole sa Antarctica, maaaring subaybayan ng mga mananaliksik ang pagbuo ng dark matter sa mga celestial body na ito.

Kapansin-pansin, hinahanap ng mga siyentipiko ang mga by-product na particle na nabubuo kapag ang dark matter ay nakikipag-ugnayan at sumisira sa sarili nito. Nangyayari ang pangyayaring ito tuwing may pagbuo ng dark matter sa isang neutron star. Ang pamamaraang ito ay sinusubaybayan ang mga byproduct ng mga banggaan at sinusukat ang kanilang pag-iba-iba sa paglipas ng panahon, na lumilikha ng isang mapa ng enerhiyang ito habang ito ay naglalakbay.

Mga Kumpanya na Maaaring Makikinabang sa mga Diskubreng Ito

Ang kakayahang matuklasan at balang araw magamit ang dark matter ay matagal nang layunin ng mga siyentipiko at mananaliksik. Ang mga pinakabagong pag-unlad na ito ay magpapadali sa mas malalim na pag-aaral ng elementong ito at magsisimulang tuklasin ang mga misteryo nito. Upang maisakatuparan ito, tataas ang pangangailangan para sa mga spacecraft at mga high-end na pasilidad sa pagsubok. Narito ang dalawang kumpanya na nakaposisyon upang makinabang mula sa mga pag-unlad na ito sa hinaharap.

1. SpaceX

Itinatag ng bilyonaryong eccentric na si Elon Musk ang SpaceX noong Marso 14, 2002. Ang kumpanyang nakabase sa El Segundo, California ay inilunsad muna sa ilalim ng ibang pangalan na “Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation” (SET) bago muling pinangalanang SpaceX para sa mas marketable na pangalan. Kapansin-pansin, upang matiyak ang proyekto, inilaan ni Musk ang 50% ng kanyang PayPal (PYPL ) stocks na nagkakahalaga noon ng $180M. Ang pondo ay ginamit upang matiyak ang mga mananaliksik na kailangan para ilunsad ang kanilang unang rocket.

Ang SpaceX ay nangunguna sa komersyal na sektor ng kalawakan ngayon. Ang kumpanya ay nananatiling unang pribadong pinondohan na kumpanya na nagpadala ng sasakyan sa International Space Station. Ito rin ang unang nakalapag ng rocket sa buwan, naglunsad ng pinakamakapangyarihang rocket, at tanging kumpanya na matagumpay na nakalapag ng reusable rocket.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Tsart ng Presyo

Ang Teledyne Technologies (TDY ) Inc. ay nangungunang supplier ng mga materyales para sa aerospace. Ang kumpanya ay nag-aalok ng seleksyon ng mga high-end na advanced electronic components, instrumento, at mga produktong komunikasyon. Pumasok ang Teledyne Tech sa merkado noong 1999 at orihinal na binubuo ng isang conglomerate ng 19 kumpanya. Sa kasalukuyan, ang Teledyne Technologies, Inc. ay kinabibilangan ng mahigit 100 kumpanya sa buong mundo.

Maaaring makakita ang Teledyne Technologies Inc. ng malalaking kita mula sa pagsusumikap na maglagay ng mas maraming sensor sa kalawakan. Ang kumpanya ay pangunahing tagapagbigay ng aerospace-grade aluminum at iba pang mga sistema na mahalaga sa pagtupad ng mga misyon na ito. May ilang satelayt na kasalukuyang gumagamit ng mga produkto ng kumpanya.

Ang stock ng Teledyne Technologies Inc. na TDY ay nakakita ng patuloy na kita na 6.56%. Ang posisyon ng kumpanya at ang inaasahang paglago sa mga aktibidad na may kaugnayan sa kalawakan ay ginagawa ang mga asset na ito na isang matibay na “Buy”. Sa mga susunod na linggo, magpapatuloy ang Teledyne Technologies, Inc. na gumanap ng mahalagang papel sa lumalaking aerospace market.

Hinaharap ng mga Pag-aaral sa Dark Matter

Ang hinaharap ng pananaliksik sa dark matter ay maganda. Ang pagpapakilala ng robotics at AI ay itutulak ito sa mga bagong taas at magpapahintulot sa mga mananaliksik na, sa unang pagkakataon, simulan ang patuloy na pagsubaybay at pag-monitor ng substansyang ito. Ang pagpapakilala ng AI-powered na robotic space researchers ay makakatulong na dalhin ang mga tao nang mas malapit sa mga mapanlinlang na sagot nang hindi inilalagay sa panganib ang buhay ng tao.

Dagdag pa rito, magkakaroon ng mas maraming pokus sa paglikha ng dark matter sa mga laboratoryo. Ang LHC ay gaganap ng mahalagang papel sa prosesong ito bilang pinakamalaking particle accelerator na may mga sensor na sapat na sensitibo upang mahuli ang napakaliit na pag-iba-iba na sanhi ng dark matter.

Ang Pagsukat ng Dark Matter ay Hakbang 1

Ang mga pag-unlad sa pagsukat ng dark matter ay patuloy na tumutulong na ilantad ang mga katangian ng puwersang ito na hindi pa lubos na nauunawaan. Sa hinaharap, iugnay ng mga mananaliksik ang mga kaugnay na data at gagamitin ang advanced AI deep learning upang lumikha ng mga korelasyon na maaaring tila imposible sa mga mambabasa. Ang lahat ng mga pag-unlad na ito at marami pang iba ay magreresulta sa pagiging mas malinaw ng dark matter sa hinaharap.

Maari kang matuto pa tungkol sa mga kapanapanabik na proyekto sa aerospace dito.