수십억 개의 작은 진자가 우주의 누락 된 질량을 충분히 감지를 잘 할 수 있습니다.

국립표준기술연구소(NIST)의 연구자와 그 동료는 수십 년 동안 발견을 피해온 우주의 수수께끼 물질인 다크마터를 발견하기 위한 새로운 방법을 제안했습니다. 다크마터는 우주의 약 27퍼센트를 차지하고, 별이나 행성을 만드는 것과 같은 보통의 마터는 우주의 불과 5퍼센트를 차지하고 있습니다. 다크 에너지라고 불리는 수수께끼의 존재가 나머지의 68퍼센트를 차지하고 있습니다. 우주 학자에 의하면, 우주에 존재하는 가시 물질은 모두 단지 거대한 암흑 물질의 바다에 떠 있을 뿐 이라고 말하고 있습니다. 보이지는 않지만 그래도 질량이 있고 중력을 작용하는 입자입니다. 다크마터의 중력은 은하가 붕괴되는 것을 막아주는 접착제를 제공하며 물질이 어떻게 뭉쳐 우주의 풍부한 은하 태피스트리를 형성하고 있는지를 설명합니다. 10억 밀리의 진자가 암흑 물질 센서로서 기능한다고 하는 이 실험은 눈에 보이는 물질과의 중력 상호작용만으로 암흑 물질을 찾는 최초의 실험이 됩니다. 이 실험은 약간의 중력을 기록 할 수 있는 센서에서는 거의 조사되지 않고, 연구도 되지 않는 소금 알 정도의 질량을 가지는 암흑 물질 입자를 찾는 몇 안되는 실험의 하나가 될 것입니다. 지금까지의 실험에서는 눈에 보이지 않는 입자와 특정 종류의 보통 물질과의 상호작용의 무중력 징후를 찾음으로써 암흑 물질을 찾아 왔습니다. 이것은 WIMP(약 상호 작용성의 거대입자)라고 불리는 다크마터 가설적 유형의 탐색의 경우로 20년 이상 전부터 눈에 보이지 않는 물질의 유력한 후보 였습니다. 물리학자들은 WIMP가 검출기로 화학물질과 충돌하면 빛을 내거나 전하를 방출하는 증거를 찾았습니다. 이 방법으로 WIMP를 찾고 있는 연구자들은 빈손으로 발견 했거나 결론이 나지 않았습니다. 입자는 너무 가벼워서(전자와 양성자 질량 사이에 있다고 이론화되어 있다) 인력으로 검출할 수가 없습니다. WIMP 탐색이 끝나가는 것처럼 보이는 가운데 NIST 연구자들과 동료들은 현재 더 무거운 질량을 가지며, 그러므로 검출할 수 있을 정도의 중력을 가진 다크마타 입자를 찾는 보다 직접적인 방법을 검토하고 있습니다. 우리의 제안은 순전히 중력결합에 의존하고 있습니다. 다크마터와 통상의 발광 물질의 사이에 확실히 존재하는 유일한 결합입니다 라고 공동 양자 연구소(JQI)와 양자 정보 컴퓨터 과학 공동 센터(Q.ICS)는 메릴랜드 대학 칼리지 파크교와 페르미 국립가속기 연구소입니다. 연구자들은 NIST, JQI, QuICS의 제이콥 테일러 씨, JQI, QuICS의 소히토리 고슈 씨, 페르미 국립 가속기 연구소의 고단 크룬 제이 씨 등도 참여해 그 방법은 소금 알의 약 절반, 즉 양성자의 약 10억 배의 질량을 가진 암흑 물질 입자를 탐색할 수 있다고 계산했습니다. 실험에서 유일하게 알려지지 않은 것은 다크마터 입자의 질량이며, 그것이 보통 물질과 어떻게 결합하는가는 아니기 때문입니다. 누군가 실험을 하면 다크마터를 발견하거나, 가능한 한 폭넓은 질량에 걸쳐 다크마터 후보를 모두 배제하게 됩니다라고 카니씨는 말했습니다. 이 실험은 약 5000분의 1 밀리그램에서 수 밀리그램의 입자에 민감 합니다. 특히 흥미로운 것은 플랑크 질량이라고 불리는 것입니다. 자연의 세 기본 정수만으로 결정되는 질량으로 15,000그램에 해당하는 질량입니다. 카니 씨, 테일러 씨와 동료들은 중력 다크마터 실험을 위해 두 가지 계획을 제안하고 있습니다. 둘 다 밀리 크기의 작은 기계가 매우 민감한 중력 검출기 역할을 합니다. 센서는 열 관련 전기 노이즈를 최소화하기 위해 절대 영도 바로 위의 온도로 냉각 되어 우주선이나 기타 방사능원으로부터 차단 됩니다. 어떤 시나리오에서는 무수한 고감도 진자가 통과하는 다크마터 입자의 인력에 따라 각각 약간 편향 됩니다. 최근 노벨상을 수상한 아인슈타인의 중력 이론에 의해 예측된 시공 구조의 파장인 중력파의 발견에서도 같은 장치(훨씬 큰 차원을 갖는다)가 이미 채택되고 있습니다. 진자처럼 작용하는 조심스럽게 매달린 거울은 중력파 통과에 따라 원자 길이 보다 짧게 움직입니다. 다른 전략으로서 연구자들은 자기장에 의해서 부상하는 구체나 레이저광에 의해서 부상하는 비즈를 사용하는 것을 제안하고 있습니다. 이 계획에는 실험이 시작되면 부양이 정지돼 구체와 구슬이 자유 낙하 합니다.