Mörk materia, som utgör 85 % av universums materia men fortfarande är en av kosmologins största gåtor, kan nu vara närmare att avslöjas än någonsin. Genom en kombination av banbrytande tekniker och teoretiska framsteg har forskare tagit avgörande steg mot att identifiera denna osynliga substans. Denna artikel sammanfattar de senaste genombrotten och deras potential att förändra vår förståelse av universum.

1. Fotoner som Imiterar Axioner: En Laboratoriegenomgång

Forskare vid Nanyang Technological University (NTU) i Singapore har utvecklat en metod där fotoner i kristaller beter sig som teoretiska axioner – en av de mest lovande kandidaterna för mörk materia. Genom att använda en artificiell granatkristall av yttriumjärngranat (YIG) med alternerande magnetiska egenskaper, observerade teamet att fotoner rörde sig i tre dimensioner på samma sätt som axioner förutspås göra. Denna upptäckt ger en unik möjlighet att simulera axioners beteende i kontrollerade laboratorieförhållanden, vilket kan leda till direkt detektion av riktiga axioner i framtiden .

Axioner, som först föreslogs på 1970-talet, tros interagera extremt svagt med vanlig materia men kan omvandlas till fotoner i starka magnetfält. NTU:s kristallstrukturer kan därför fungera som en ”labbmodell” för att optimera experiment som letar efter dessa partiklar i kosmos .

2. Atomklockor och Lasrar: En Global Sensor för Mörk Materia

En internationell forskargrupp har utnyttjat ett nätverk av atomklockor ombord på GPS-satelliter och ultrastabila lasrar för att söka efter mörk materia. Genom att jämföra tidsmätningar över långa avstånd har de blivit känsliga för subtila oscillationer orsakade av mörka materiafält. Denna teknik möjliggör detektion av mörk materia som interagerar universellt med alla atomer – en metod som tidigare experiment misslyckats med .

En nyckelkomponent är användningen av fiberoptiska kablar i Europa för att koppla samman laserstationer. Denna uppsättning fungerar som en jättelik sensor som kan uppfånga signaler från mörk materia med massor under en miljarddel av en elektronvolt, ett område som tidigare varit svårt att utforska .

3. Leta efter Lätt Mörk Materia i Partikelacceleratorer

Ett svenskt forskningsprojekt finansierat av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse fokuserar på att identifiera lätt mörk materia (med massa mellan en elektron och en proton). Genom att skjuta en elektronstråle mot en tunn volframfolie i SLAC:s LCLS-II-accelerator hoppas forskare generera mörka materiapartiklar via sällsynta kollisioner.

Projektet kräver analys av 10¹⁴ kollisioner och använder maskininlärning för att särskilja mörka materia-signaler från bakgrundsbrus. En framgång här skulle inte bara bekräfta mörk materias existens utan även ge vägledning för designen av framtida underjordsdetektorer .

4. Neutronstjärnor som Axionfabriker

Pulsarer – snabbt roterande neutronstjärnor med extrema magnetfält – kan vara naturliga produktionsplatser för axioner. Teoretiska modeller visar att axioner kan bildas i dessa miljöer och sedan omvandlas till detekterbara fotoner. Forskare vid University of Amsterdam har identifierat att axionmoln runt neutronstjärnor kan avge svaga radiosignaler eller ljusburstar, vilka kan observeras med teleskop som Square Kilometre Array (SKA) .

5. Primordiala Naken-singulariteter: En Alternativ Förklaring

En radikal teori föreslår att primordiala naken-singulariteter (PNaSs) – obeslöjade singulariteter utan händelsehorisonter – kan utgöra en del av mörk materia. Dessa objekt, som bildades under universums tidiga gravitationella kollaps, skulle kunna avge observerbara kvantgravitationseffekter. Om PNaSs bekräftas, skulle de inte bara förklara mörk materia utan också brygga gapet mellan kvantmekanik och allmän relativitetsteori .

Varför Detta Är Revolutionerande

Dessa genombrott representerar en paradigmförskjutning i jakten på mörk materia:

• Tvärvetenskapligt samarbete: Kombinationen av astrofysik, partikelfysik och materialvetenskap öppnar för nya synergier .
• Teknisk innovation: Från kristaller med exotiska egenskaper till globala sensornätverk – verktygen blir allt mer sofistikerade.
• Teoretiska insikter: Axioner och PNaSs erbjuder alternativa vägar att förstå universums struktur.

Framtida Utmaningar och Möjligheter

Trots framstegen kvarstår hinder:

• Signalrensning: Svaga mörka materia-signaler måste särskiljas från kosmiskt brus.
• Resurskrävande experiment: Projekt som LCLS-II och SKA kräver internationell finansiering .
• Teoretisk validierung: PNaSs och axioner måste stödjas av observationella bevis.

Med nya teleskop och acceleratorexperiment väntas avgörande svar inom det kommande decenniet.

Källor

1. Programmable simulations of molecules and materials
   Nature (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02738-z .
2. Quantum machine learning with Adaptive Boson Sampling
   Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-55877-z .
3. New Technique to Detect Dark Matter Using Atomic Clocks and Lasers
   Physical Review Letters (2025). Länk .
4. From Hypothesis to Reality? Axions and the Quest for Dark Matter
   Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041015 .
5. Light dark matter
   Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse (2025). Länk .