بیشتر تحقیقات آزمایشگاهی درجستجوی ماده‌ی تاریک به‌دنبال شواهدی از برخورد ذرات ماده‌ی تاریک با الکترون‌‌ها یا هسته‌ها در آشکارسازها است. روش آنها مستلزم این است که ذرات ماده‌ی تاریک، طی این فرایند، انرژی قابلِ‌توجهی به دیگر ذرات منتقل کنند. اما انرژی برخی انواع ماده‌ی تاریک فرضی، مثل ماده‌ی تاریک ناکشسان و ماده‌ی تاریک با برهم‌کنش قوی، برای این روش آشکارسازی کافی نیست. اکنون هاریکریشنان رامانی، از هر دو دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، و همکارانش برای افزایش انرژی ذرات ماده‌ی تاریک با انرژی پایین مدلی ارائه کرده‌اند که به‌صورت بالقوه باعث می‌شود که آشکارسازها بتوانند آنها را کشف کنند.

این روش از حالت‌های برانگیخته با طول عمر بالای هسته‌های اتم‌ها بهره می‌برد که ایزومرهای هسته‌ای نیم‌پایدار نامیده می‌شود. رامانی و همکارانش پیش‌بینی می‌کنند که اگر یک ذره‌ی ماده‌ی تاریک کم‌انرژی با یکی از این ایزومرها برخورد کند، می‌تواند ذره‌ی ماده‌ی ترایک را شتاب‌دار کند تا انرژی بیشتری کسب کند. همچنین برخورد باید باعث واپاشی ایزومر و تولید فوتون‌هایی شود که آشکارسازی می‌شوند. علاوه‌براین اگر پس‌ازآن ذرات ماده‌ی تاریک شتاب‌دار به یک آشکارساز ماده‌ی تاریک وارد شوند، آشکارساز باید بتواند آنها را آشکارسازی کند.

رامانی و همکارنش می‌گویند محققان با قراردادن یک آشکارساز ماده‌ی تاریکِ معمولی در نزدیکی منبعی از ایزومرهای هسته‌ای نیم‌پایدار، توانستند به‌طور مستقیم روش پیشنهادی آنها را‌ به‌کار گیرند. پیشنهاد گروه استفاده از ایزومرهای نیم‌پایدار تنتالیوم، باریوم، لوتیوم یا هافنیوم به‌عنوان «شتاب‌دهنده‌های ماده ی تاریک» بود. این ایزومرها نیمه‌عمری در محدوده‌ی چند دقیقه تا بیش‌از سن جهان دارند. برخی از آنها در طبیعت یافت می‌شود و برخی دیگر محصول فرعی راکتورهای هسته‌ای، درمان‌های پزشکی یا آزمایش‌های علمی گذشته است.

نویسنده:

Erika K. Carlson، ویراستار نشریه physics در بروکلین در نیویورک است.

منبع:

این مقاله در Physical Review D منتشر شده است.

https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevD.101.055001