Vědecký průlom je často spojován se špičkovou technologií, ale někdy odpověď spočívá v pohledu zpět do minulosti. Vědci navrhují oživit experiment navržený v roce 1773 britským fyzikem Henrym Cavendishem, aby hledal jednu z nejunikátnějších záhad vesmíru: temnou hmotu.
Zpočátku Cavendish plánoval studovat elektromagnetismus pomocí kovových skořápek vnořených do sebe. Moderní fyzici ze Stanford University a University of Delaware se však domnívají, že tento stoletý design může být klíčem k detekci milinábojových částic (mCP). Tyto hypotetické částice patří mezi hlavní kandidáty na temnou hmotu, látku, která tvoří asi 85 % veškeré hmoty ve vesmíru, ale je neviditelná pro tradiční metody detekce.
Věda hledání
Temná hmota neinteraguje se světlem, což znemožňuje její přímé pozorování. Má však gravitační vliv na viditelnou hmotu. Jedna z předních teorií naznačuje, že temná hmota může být vyrobena z částic s extrémně nízkým elektrickým nábojem – o mnoho řádů menším než elektrony nebo protony. Přesně takové jsou částice s milinábojem.
Protože mCP mají náboj, interagují s elektromagnetickými poli. Tato vlastnost z nich dělá ideální předměty pro studium pomocí Cavendishova původního návrhu, který měřil elektrický potenciál mezi dvěma vnořenými kovovými skořepinami. Navrhovaná moderní verze bude reprodukovat tuto strukturu:
- Design : Velký vnější kovový plášť je připojen ke zdroji napětí, zatímco vnitřní plášť zůstává izolován.
- Baterie : Zařízení funguje jako „vysavač“ a nasává nabité částice z okolního vzduchu do experimentální komory.
- Detekce : Pokud jsou přítomny mCP, jejich drobné náboje vytvoří měřitelný rozdíl potenciálu mezi vnitřním a vnějším obalem.
„Vlastnost náboje z nich dělá vynikající testovací subjekt pro Cavendishův stoletý design,“ vysvětluje Peter Graham ze Stanfordské univerzity.
Proč na tom záleží: jednoduchost a citlivost
V oboru, kterému dominují urychlovače částic za miliardy dolarů a masivní podzemní detektory, spočívá přitažlivost tohoto návrhu v jeho efektivitě a cenové dostupnosti.
- Nákladově efektivní : Odhadované náklady jsou nižší než 1 milion USD, což je přibližně tisíckrát méně než roční provozní náklady typického urychlovače částic.
- Vysoká citlivost : Výpočty naznačují, že tato metoda může být 100 až 10 000krát citlivější než předchozí metody detekce mCP.
- Rychlost : Na rozdíl od velkých infrastrukturních projektů, které trvají desetiletí, lze tento experiment postavit a spustit během dvou až tří let.
Kevin Kelly z Texas A&M University poznamenává, že odhady vědců mohou být dokonce podhodnoceny. Pokud je tento přístup správný, mohl by detekovat částice s náboji, které byly dříve považovány za příliš malé na měření, což otevírá nové okno pro pochopení složení vesmíru.
Nová éra výzkumu temné hmoty
Vědecká komunita věnuje této iniciativě pozornost. Christopher Hill z Ohio State University uznává, že tato technika může překonat současné metody v citlivosti i rychlosti. „Byl by to velký krok k pochopení toho, z čeho se skládá velká část vesmíru a jak funguje,“ říká Hill s tím, že zvažuje provedení podobného experimentu se svým týmem.
Pokud se to podaří, budou následky přesahovat pouhé odhalení. Zařízení by mohlo potenciálně zachycovat a uchovávat milinábojové částice, což by vědcům umožnilo je podrobně studovat. Jak vtipkuje Harikrishnan Ramani z University of Delaware: “Mohli byste uložit milinábojové částice a dát je lidem.”
Závěr
Kombinací fyziky 18. století a kosmologie 21. století nabízí tento navrhovaný experiment zjednodušenou a nenákladnou cestu k možnému řešení jedné z největších hádanek ve fyzice. Dokazuje, že někdy nejmocnější nástroje pro zkoumání neznáma nejsou ty nejnovější, ale ty nejchytřejší.
