Usando um sistema de vácuo impresso em 3D especialmente projetado, os cientistas desenvolveram uma maneira de “capturar” a matéria escura com o objetivo de detectar paredes de domínio. Este será um passo significativo para desvendar alguns dos mistérios do universo.

Cientistas da Escola de Física da Universidade de Nottingham criaram um sistema de vácuo impresso em 3D que usarão em um novo experimento para reduzir a densidade do gás e, em seguida, adicionarão átomos de lítio ultrafrios para tentar detectar paredes escuras. A pesquisa foi publicada na Physical Review D.

A professora Clare Burrage, da Escola de Física, é uma das principais autoras do estudo e explica: “A matéria comum da qual o mundo é feito é apenas uma pequena fração do conteúdo do universo, cerca de 5%, o resto é escuro ou escuro. matéria ou energia escura - podemos ver seus efeitos sobre como o universo se comporta, mas não sabemos o que são. Uma maneira de as pessoas tentarem medir a matéria escura é introduzir uma partícula chamada campo escalar."

Os pesquisadores basearam a construção dos vasos 3D na teoria de que campos escalares leves, com potenciais de poço duplos e acoplamentos diretos de matéria, passam por transições de fase impulsionadas pela densidade, levando à formação de paredes de domínio.

"À medida que a densidade diminui, formam-se defeitos - isto é semelhante a quando a água congela e se transforma em gelo, as moléculas de água são aleatórias e quando congelam você obtém uma estrutura cristalina com moléculas alinhadas aleatoriamente, com algumas alinhadas de uma maneira e outras de outra e esta cria linhas de falha.

"Algo semelhante acontece em campos escalares à medida que a densidade diminui. Você não pode ver essas falhas a olho nu, mas se as partículas passarem por elas, isso pode mudar sua trajetória. Esses defeitos são paredes escuras e podem provar a teoria dos campos escalares - ou isso esses campos existem ou não", acrescenta Burrage.

Para detectar esses defeitos ou paredes escuras, a equipe criou um vácuo especialmente projetado que será usado em um novo experimento que imitará a passagem de um ambiente denso para um ambiente menos denso. Usando a nova configuração, eles resfriarão átomos de lítio com fótons de laser a -273°C, que é próximo do zero absoluto. Nessa temperatura, eles adquirem propriedades quânticas, o que torna a análise mais precisa e previsível.

Lucia Hackermueller, Professora Associada da Escola de Física, liderou o projeto do experimento de laboratório. Ela explica: “Os recipientes impressos em 3D que usamos como câmara de vácuo foram construídos usando cálculos teóricos de paredes escuras. Isso criou o que acreditávamos ser a forma, estrutura e textura ideais para reter a matéria escura.

"Para demonstrar com sucesso que as paredes escuras foram aprisionadas, deixaremos uma nuvem de átomos frios passar através dessas paredes. A nuvem é então desviada. Para resfriar esses átomos, disparamos fótons laser contra os átomos, o que reduz a energia no átomo - isso é como desacelerar um elefante usando bolas de neve."

A equipe levou três anos para construir o sistema e eles esperam obter resultados dentro de um ano.

"Quer provemos ou não que existem paredes escuras, será um importante passo em frente na nossa compreensão da energia escura e da matéria escura, e um excelente exemplo de como uma experiência de laboratório bem controlada pode ser concebida para medir diretamente os efeitos que são relevantes para o universo e de outra forma não pode ser observado", acrescenta Hackermueller.