لا تزال المادة المظلمة واحدة من الألغاز المركزية في الفيزياء: وجودها مؤكد من خلال الأرصاد الجاذبية والكونية، لكن خواصها غير الجاذبية مجهولة. وتكتسب المادة المظلمة فائقة الخفة أهمية خاصة لأن طبيعتها الموجية تفتح استراتيجيات جديدة للكشف. وخلافًا للتجارب المعتادة القائمة على إثارة الجسيمات، يمكن للمادة المظلمة فائقة الخفة أن تستطير استطارة مترابطة على جميع النويات في هدف مجهري، ما يضاعف المقطع العرضي مرات عديدة. وتعتمد المقترحات القائمة على أهداف مجهرية مفردة، مثل موازين الالتواء، أما الساتل MICROSCOPE ببنيته الطبقية المتداخلة فيختلف اختلافًا نوعيًا. وعندما تصبح أبعاد المكوّنات والمسافات بينها مقارِبة لطول موجة المادة المظلمة، يتوقف الوصف المعتاد للاستطارة على جسم واحد عن العمل، وتظهر تأثيرات تداخلية شبيهة بتداخل الضوء في تجربة الشقين. ويقف هذا العمل إلى جانب أبحاث تستخدم موازين الالتواء ومقاييس التداخل الذرية للبحث عن المادة المظلمة، لكنه ينظر للمرة الأولى في التداخل بين عدة أهداف مجهرية في تجربة فضائية.
طوّر الباحثون صياغة نظرية لاستطارة موجات المادة المظلمة على عدة أهداف مجهرية، بتعميم تقريب بورن الأول. وقد حسبوا القوة المؤثرة في كل أسطوانة عبر سعات الاستطارة، باستخدام معادلة ليبمان-شفينغر ومبرهنة إرنفست. وفي حالة MICROSCOPE تحديدًا، دُرس أسطوانتان مجوّفتان متحدتا المحور بفجوة شعاعية نحو 1 سم. وتعتمد الإشارة على زاوية سقوط موجة المادة المظلمة بالنسبة لمحور الحساسية، وهي زاوية تتغير بفعل دوران الساتل. وقد أُجري تحليل البيانات في نطاق الترددات: قُدّر التسارع التفاضلي عند تردد الدوران بمجموع كثير حدود تكعيبي للانحراف الزمني وقالب لإشارة المادة المظلمة بمقطع عرضي مجهول. وقُدّرت اللايقينات الإحصائية بطريقة المربعات الصغرى بأوزان مبنية على الكثافة الطيفية للضجيج، أما الأخطاء المنهجية فأُخذت من تحليل التكافؤ عند التردد نفسه.
أظهرت الحسابات أنه عند أطوال موجية للمادة المظلمة تتجاوز بكثير الفجوة الشعاعية بين الأسطوانتين، يكبت التداخل التسارع التفاضلي كليًا، بينما كان هذا التسارع سيميل إلى قيمة ثابتة لو أُهمل التداخل. وفي الجلسة 218، كانت الإشارة معدّلة بدوران الساتل بسعة تعتمد على كتلة المادة المظلمة. وقد أعطى تحليل جميع جلسات MICROSCOPE قيودًا على المقطع العرضي لاستطارة المادة المظلمة على النويات: فبالنسبة لكتلة 5×10⁻³ إلكترون فولت بلغ المقطع العرضي (−5,5±1,6إحصائي±4,2منهجي)×10⁻⁵³ سم² بالنسبة لـ SUREF و(14,9±5,3إحصائي±4,5منهجي)×10⁻⁵³ سم² بالنسبة لـ SUEP. ولم تُرصد إشارة ذات دلالة، لذا وُضعت حدود عليا عند مستوى 2σ. وقد تحققت أشد القيود صرامة، من رتبة 10⁻⁵² سم²، عند كتلة 5×10⁻³ إلكترون فولت، حيث يقارب طول الترابط أبعاد الأسطوانات. كما يؤدي إدخال الهيكل الخارجي كبعثر ثالث إلى تقوية الإشارة وتحسين القيود.
يُظهر هذا العمل للمرة الأولى أن التداخل الكمومي عند استطارة موجات المادة المظلمة على عدة أجسام مجهرية يولّد إشارات قابلة للرصد في مقاييس التسارع الدقيقة. وخلافًا لأبحاث مجاورة تستخدم أهدافًا مفردة أو موازين الالتواء، تُستثمر هنا البنية المتداخلة لـ MICROSCOPE، ما يتيح دراسة نظام يقارب فيه طول الموجة أبعاد الأجسام والمسافات بينها. والقيود التي جرى الحصول عليها على الارتباط التربيعي للمادة المظلمة بالنويات في نطاق الكتل 10⁻³–10⁻² إلكترون فولت أقوى بمرتبتين من القيود السابقة. وهذا ما يرسّخ مقاييس التسارع الدقيقة متعددة المكوّنات كصنف جديد من كواشف التداخل الموجي للمادة المظلمة.
يمكن أن يتطور الموضوع نحو تصميم مقاييس تداخل مخصصة للمادة المظلمة بهندسة أجسام محسّنة. وقد أظهر إدخال التداخل مع الهيكل الخارجي تقوية للإشارة، ما يفتح الطريق لزيادة الحساسية بإضافة بعثرات إضافية. ويمكن لبعثات فضائية مستقبلية بمقاييس تسارع أدق وتوجيه مُتحكَّم فيه أن تستفيد من هذا التأثير للبحث عن المادة المظلمة في نطاق أوسع من الكتل.
ستؤثر النتائج في تصميم تجارب مستقبلية للبحث عن المادة المظلمة فائقة الخفة، ولا سيما اختبارات التكافؤ الفضائية والقياسات الجاذبية الدقيقة. كما تحفّز أبحاثًا نظرية في التأثيرات التداخلية عند استطارة موجات المادة المظلمة على بنى معقدة.
قد تكون الخطوة التالية تحليل بيانات بعثات فضائية أخرى، مثل LISA Pathfinder، مع مراعاة التداخل بين الكتل الاختبارية. ومن المهم أيضًا تطوير نماذج أدق للأخطاء المنهجية عند تردد الدوران لتحسين القيود.
يرتبط العمل بالمسألة غير المحلولة المتعلقة بطبيعة المادة المظلمة، ولا سيما مسألة تفاعلاتها غير الجاذبية. كما يمسّ مسألة أساسية هي التداخل الكمومي لأجسام مجهرية، وهو تداخل لم يُرصد بعد لكتل بهذا الحجم، مثل الكتل الاختبارية في MICROSCOPE.
تفصل بين أسطوانتي MICROSCOPE فجوة لا تتجاوز 1 سنتيمتر، لكن بالنسبة لموجات المادة المظلمة بكتلة 5×10⁻³ إلكترون فولت يبلغ طول الترابط نحو 10 سنتيمترات، ما يتيح لها أن تتداخل كما يتداخل الضوء في تجربة يونغ.