Een professor die de aarde bestudeert en een die de ruimte bestudeert, kwamen samen om donkere materie te detecteren en te definiëren. Ze zijn een stap dichterbij. Met behulp van 16 jaar aan archiefgegevens van GPS-satellieten die in een baan om de aarde draaien, de Universiteit van Nevada, Reno-team, Andrei Derevianko en Geoff Blewitt in het College of Science, zocht naar klonten van donkere materie in de vorm van muren of bellen en die zich ver buiten de GPS-banen zouden uitstrekken, het zonnestelsel en daarbuiten.

Een wetenschappelijk artikel over het werk van het team is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie en net op tijd voor Dark Matter Day, 31 oktober. Donkere materie vormt 85 procent van alle materie in het universum. Hoewel er meerdere astrofysische bewijzen zijn voor donkere materie, de aard ervan blijft een groot mysterie. Veel vormen voor donkere materie zijn verondersteld, die van hen is dat deze vorm van donkere materie, voortkomend uit ultralichte kwantumvelden, macroscopische objecten zouden vormen.

"We zijn weer een stap dichter bij het ontdekken hoe we donkere materie kunnen detecteren, en uiteindelijk om nauwkeuriger te definiëren wat het is, wat voor soort deeltje het is", zei Derevianko. "Deze archiefgegevens ontginnen, we vonden geen bewijs voor domeinmuren van ultralichte donkere materie op ons huidige gevoeligheidsniveau. Echter, deze zoektocht sluit een enorm scala aan mogelijkheden uit voor dit soort donkere-materiemodellen."

Het team richtte zich op ultralichte velden die variaties in de fundamentele constanten van de natuur kunnen veroorzaken, zoals massa's elektronen en quarks en elektrische ladingen. De variaties kunnen leiden tot verschuivingen in atoomenergieniveaus, die kan worden gemeten door atomaire frequenties te bewaken. Dat is waar de GPS-satellieten binnenkomen. De navigatie van het wereldwijde positioneringssysteem is gebaseerd op nauwkeurige timingsignalen die worden geleverd door atoomklokken.

"Geoff heeft de atoomklokken van de GPS-satellieten gebruikt in zijn geodetische werk - het meten van de opheffing van tektonische platen, de vorm van de aarde, aardbevingen, wereldwijde zeespiegel, dus is bekend met de precisie van het systeem, "Zei Derevianko. "Ik heb gewerkt aan het ontwerpen van nauwkeuriger atoomklokken. We realiseerden ons dat het GPS-systeem kon worden gebruikt om te luisteren naar de donkere materie die door ons heen raast.

"In plaats van miljarden dollars uit te geven om enkele plausibele donkere-matermodellen te elimineren, we hebben deze algemene hulpmiddelen (GPS-atoomklokken) die we elke dag gebruiken opnieuw gebruikt om basis-, fundamentele wetenschap om de antwoorden op dit grote mysterie te zoeken - om onze eigen donkere-materiedetector ter grootte van een planeet te bedenken."

Snel door de melkweg

De aarde snelt door de halo van de donkere materie van de Melkweg met 300 kilometer per seconde of een duizendste van de snelheid van het licht. En het duurt naar schatting 3 minuten om klonten van donkere materie door het GPS-constellatie te steken.

"Het is als een muur die door een netwerk van klokken beweegt en een golf van atoomklokstoringen veroorzaakt die zich met galactische snelheden door het GPS-systeem voortplant. "Derevianko, een professor in de kwantumfysica, zei. "Het idee is dat wanneer de klomp ons overlapt, het trekt aan de deeltjesmassa's en krachten die tussen de deeltjes werken. Let wel, deze trekkracht is echt zwak, anders hadden we het gemerkt. Echter, ultragevoelige apparaten zoals atoomklokken kunnen gevoelig zijn voor dergelijke trekkingen."

Ze zochten naar de voorspelde patronen van klokstoringen, als de aarde, en de satellieten, bewogen door de halo van donkere materie in de melkweg. De gegevens kwamen van de 32 satellieten in de 31, 000 mijl breed GPS-netwerk en GPS-apparatuur op de grond, elke 30 seconden gedurende 16 jaar. Het team gebruikte gegevens uit bronnen over de hele wereld en in het bijzonder van het Jet Propulsion Laboratory.

"Waar we naar zochten waren klonten donkere materie in de vorm van muren, een model gebruiken dat - als het bestaat - botsingen zou hebben die blijken uit onregelmatigheden in de atoomkloksignalen, "Benjamin Roberts, postdoctoraal medewerker en hoofdauteur van het Nature-paper, zei. "Hoewel er geen definitief bewijs is na het bekijken van 16 jaar aan gegevens, het kan zijn dat de interactie zwakker is of dat de defecten minder vaak de aarde kruisen. Sommige markeringen geven aan dat het mogelijk een kleiner defect is."