புதிய சுழல் பெருக்கி மூலம் இருண்ட பொருளுக்கான தேடலை துரிதப்படுத்துதல்

இருண்ட பொருளின் இருப்புக்கான வானியற்பியல் சான்றுகள் இருந்தபோதிலும், நிலையான மாதிரியின் துகள்கள் மற்றும் புலங்களுடன் அதன் தொடர்புகளை நேரடியாகக் கண்டறிதல் அடையப்படவில்லை. இருண்ட பொருளை ஒளிரச் செய்வது பிரபஞ்சத்தைப் புரிந்துகொள்வதில் முன்னேற்றம் அடைவதற்கான சிறந்த நம்பிக்கையாகும். மேலும் நிலையான மாதிரியைத் தாண்டி வானியற்பியல், அண்டவியல் மற்றும் இயற்பியல் பற்றிய நுண்ணறிவுகளை வழங்கும்.

அல்ட்ராலைட் அச்சு போன்ற துகள்கள் (ALP- axion-like particles) மற்றும் டார்க் ஃபோட்டான்கள் துகள் இயற்பியலின் நிலையான மாதிரிக்கு அப்பாற்பட்ட கோட்பாடுகளால் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட நன்கு உந்துதல் பெற்ற இருண்ட பொருள்கள். இருப்பினும், ஆய்வக சோதனைகள் மூலம் அவற்றின் அளவுரு இடத்தை நேரடியாக கட்டுப்படுத்துவது பொதுவாக வானியற்பியல் அவதானிப்புகளை நம்பியிருக்கும் மறைமுக அணுகுமுறைகளை விட பலவீனமான வரம்புகளை அளிக்கிறது.

இயற்கை இயற்பியலில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வில், சீன அறிவியல் அகாடமியின் சீன அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தின் (USTC) பேராசிரியரான PENG Xinhua தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, ஹெல்ம்ஹோல்ட்ஸ் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் டிமிட்ரி பட்கருடன் இணைந்து, முதலில் ஒரு புதிய குவாண்டம் ஒன்றை நிரூபித்தனர். “சுழல்-அடிப்படையிலான பெருக்கி” என்று அழைக்கப்படும் நுட்பம், இது ALP சிக்னலை குறைந்தது இரண்டு ஆர்டர் அளவுகளால் பெருக்கும். ஸ்பின்-அடிப்படையிலான பெருக்கி நுட்பமானது, அச்சு போன்ற துகள்கள் மற்றும் இருண்ட ஃபோட்டான்களுக்கான மிக அதிகமான துல்லியமான தேடலை உணர ஒரு தனித்துவமான வழியை வழங்குகிறது, இது வானியற்பியல் அவதானிப்புகளிலிருந்து வரம்புகளை மீறுகிறது.

அச்சு போன்ற துகள்கள் கருவில் அதன் காம்ப்டன் அதிர்வெண்ணில் ஊசலாடும் ஒரு கவர்ச்சியான காந்தப்புலத்தை உருவாக்கலாம். இந்த ஆய்வில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் இடஞ்சார்ந்த ஒன்றின்மேல் ஒன்று படிந்த செனான்-129 மற்றும் ரூபிடியம்-87 சுழல் குழுமங்களைக் கொண்ட நீராவி கலத்தைப் பயன்படுத்தினர்.

செனானின் அணுக்கரு சுழல்கள் இருண்ட பொருளால் உருவாக்கப்பட்ட கவர்ச்சியான காந்தப்புலத்திற்கு முன்-பெருக்கியாக செயல்பட முடியும் என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர். மேலும் ரூபிடியம் காந்தமானி மேலும் பெருக்கப்பட்ட சமிக்ஞையை படிக்கிறது. ரூபிடியம் காந்தமானியின் ஃபோட்டான்-ஷாட்-இரைச்சல் வரம்பை விஞ்சும் வகையில், சுழல்-அடிப்படையிலான பெருக்கியின் திறனை அவர்கள் வெளிப்படுத்தினர். இந்த நுட்பமானது அணுக்கரு சுழல்களால் நிரூபிக்கப்பட்ட மற்ற காந்தமானிகளைக் காட்டிலும் குறிப்பிடத்தக்க சிறந்த செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. இவை ஒரு சில பிகோடெஸ்லாவின் உணர்திறன் மட்டுமே உள்ளது.

தீவிர உணர்திறன் சுழல் அடிப்படையிலான பெருக்கியின் அடிப்படையில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அச்சு போன்ற துகள்கள் மற்றும் இருண்ட ஃபோட்டான்களுக்கான சோதனைத் தேடல்களை மேற்கொண்டனர். அவர்கள் தேடும் பகுதியில் இருண்ட பொருள் இருப்பதற்கான எந்த ஆதாரத்தையும் அவர்கள் காணவில்லை, மேலும் நிறுவப்பட்ட வானியற்பியல் கட்டுப்பாடுகளுக்குக் கீழே உள்ள மதிப்புகளுக்கு அச்சு-கரு இணைவதை ஆய்வு செய்தனர்.

அச்சு போன்ற துகள்கள் மற்றும் இருண்ட ஃபோட்டான்களின் எந்த அறிகுறியும் இல்லாத எதிர்மறையான விளைவு இருந்தபோதிலும், இதன் விளைவாக டேப்லெட் சோதனைகளின் திறனை அவர்கள் அதிகமாகக் காணக்கூடிய அளவுரு இடத்தை ஆராய்வது நிரூபிக்கப்பட்டது.

References:

• Backes, K. M., Palken, D. A., Al Kenany, S., Brubaker, B. M., Cahn, S. B., Droster, A., & Wang, H. (2021). A quantum enhanced search for dark matter axions. Nature, 590(7845), 238-242.
• Jackson, H., Droster, A., & van Bibber, K. Axions as Dark Matter and HAYSTAC.
• Rosenberg, L. J. (2015). Dark-matter QCD-axion searches. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(40), 12278-12281.
• Graham, P. W., Kaplan, D. E., Mardon, J., Rajendran, S., & Terrano, W. A. (2016). Dark matter direct detection with accelerometers. Physical Review D, 93(7), 075029.
• Backes, K. M., Palken, D. A., Al Kenany, S., Brubaker, B. M., Cahn, S. B., Droster, A., & Wang, H. (2021). A quantum enhanced search for dark matter axions. Nature, 590(7845), 238-242.