Χρησιμοποιώντας ένα ειδικά σχεδιασμένο τρισδιάστατο (3D) εκτυπωμένο σύστημα κενού, οι επιστήμονες ανέπτυξαν έναν τρόπο για να «παγιδεύσουν» τη σκοτεινή ύλη με στόχο την ανίχνευση τοιχωμάτων. Αυτό θα αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προόδου για τη διαλεύκανση ορισμένων από τα μυστήρια του σύμπαντος.
Ειδικότερα, επιστήμονες από τη Σχολή Φυσικής του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ δημιούργησαν ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο σύστημα κενού το οποίο θα χρησιμοποιήσουν σε ένα νέο πείραμα για να μειώσουν την πυκνότητα του αερίου και στη συνέχεια να προσθέσουν υπερ-κρύα άτομα λιθίου για να προσπαθήσουν να ανιχνεύσουν σκοτεινά τοιχώματα.
Η καθηγήτρια Clare Burrage από τη Σχολή Φυσικής είναι μία από τις επικεφαλής συγγραφείς της μελέτης και εξηγεί: «Η συνηθισμένη ύλη από την οποία είναι φτιαγμένος ο κόσμος είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα του περιεχομένου του σύμπαντος, περίπου 5%, το υπόλοιπο είναι είτε σκοτεινή ύλη είτε σκοτεινή ενέργεια – μπορούμε να δούμε τις επιδράσεις τους στο πως συμπεριφέρεται το σύμπαν, αλλά δεν ξέρουμε ποιες είναι. Ένας τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι προσπαθούν να μετρήσουν τη σκοτεινή ύλη είναι να εισάγουν ένα σωματίδιο που λέγεται “σκαλικό πεδίο”».
Οι ερευνητές βασίστηκαν για την κατασκευή των τρισδιάστατων δοχείων στη θεωρία, ότι τα ελαφριά πεδία σκαλάρ, με δυναμικό διπλού πηγαδιού και άμεσες συνδέσεις ύλης, υφίστανται μεταβάσεις φάσης που οδηγούνται από την πυκνότητα, οδηγώντας στο σχηματισμό τοιχωμάτων περιοχής.
«Καθώς η πυκνότητα μειώνεται, σχηματίζονται ατέλειες – αυτό είναι παρόμοιο με το όταν το νερό παγώνει σε πάγο, τα μόρια του νερού είναι τυχαία και όταν παγώνουν αποκτάς μια κρυσταλλική δομή με μόρια που παρατάσσονται τυχαία, με κάποια να παρατάσσονται με έναν τρόπο και κάποια με άλλον και αυτό δημιουργεί γραμμές διακλάδωσης. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και στα πεδία σπινθηρισμών καθώς η πυκνότητα μειώνεται. Δεν μπορείτε να δείτε αυτές τις γραμμές ρήγματος με το μάτι, αλλά αν τα σωματίδια περάσουν από πάνω τους μπορεί να αλλάξει η τροχιά τους Αυτά τα ελαττώματα είναι σκοτεινά τοιχώματα και μπορούν να αποδείξουν τη θεωρία των σκαλικών πεδίων – είτε ότι αυτά τα πεδία υπάρχουν είτε όχι», προσθέτει ο Burrage.
Για την ανίχνευση αυτών των ελαττωμάτων ή σκοτεινών τοίχων η ομάδα δημιούργησε ένα ειδικά σχεδιασμένο κενό το οποίο θα χρησιμοποιήσει σε ένα νέο πείραμα που θα μιμηθεί τη μετακίνηση από ένα πυκνό περιβάλλον σε ένα λιγότερο πυκνό περιβάλλον. Χρησιμοποιώντας τη νέα διάταξη θα ψύξουν άτομα λιθίου με φωτόνια λέιζερ στους -273 °C, δηλαδή κοντά στο απόλυτο μηδέν. Σε αυτή τη θερμοκρασία, αποκτούν κβαντικές ιδιότητες, γεγονός που καθιστά την ανάλυση πιο ακριβή και προβλέψιμη.
Η Lucia Hackermueller, αναπληρώτρια καθηγήτρια στη Σχολή Φυσικής, που ηγήθηκε του σχεδιασμού του εργαστηριακού πειράματος, αναφέρει: «Τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα δοχεία που χρησιμοποιούμε ως θάλαμο κενού έχουν κατασκευαστεί με βάση θεωρητικούς υπολογισμούς των σκοτεινών τοιχωμάτων. Έτσι δημιουργήθηκε αυτό που πιστεύαμε ότι είναι το ιδανικό σχήμα, η δομή και η υφή για την παγίδευση της σκοτεινής ύλης. Για να αποδείξουμε με επιτυχία ότι τα σκοτεινά τοιχώματα έχουν παγιδευτεί, θα αφήσουμε ένα ψυχρό ατομικό νέφος να περάσει μέσα από αυτά τα τοιχώματα. Το νέφος στη συνέχεια εκτρέπεται. Για να ψύξουμε αυτά τα άτομα εκτοξεύουμε φωτόνια λέιζερ στα άτομα, τα οποία μειώνουν την ενέργεια στο άτομο – αυτό είναι σαν να επιβραδύνουμε έναν ελέφαντα χρησιμοποιώντας χιονόμπαλες».
Η ομάδα χρειάστηκε τρία χρόνια για να κατασκευάσει το σύστημα και αναμένει να έχει αποτελέσματα μέσα σε ένα χρόνο.
«Είτε αποδείξουμε ότι υπάρχουν σκοτεινά τοιχώματα είτε όχι, θα είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης και ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς ένα καλά ελεγχόμενο εργαστηριακό πείραμα μπορεί να σχεδιαστεί για να μετρήσει άμεσα φαινόμενα που είναι σημαντικά για το σύμπαν και διαφορετικά δεν μπορούν να παρατηρηθούν», καταλήγει ο Hackermueller.
