Astronomiczny Teleskop Ciemnej Materii Cząstek

Ramki pokazują, jak galaktyczne supergromady i włókna rosną w czasie, od miliardów lat po Wielkim Wybuchu do obecnych struktur. Źródło: Praca zmodyfikowana przez CXC / MPE / V. Springel

Odkrycie Axion stanowi ważne ogniwo w historii nauki. Ta hipotetyczna cząstka mogłaby jednocześnie rozwiązać dwa podstawowe problemy współczesnej fizyki: problem ładunku i wartościowości silnego oddziaływania oraz zagadkę z ciemną materią. Jednak pomimo dużego zainteresowania naukowego jego znalezieniem, badania przy wysokich częstotliwościach radiowych – powyżej 6 GHz – zostały pominięte ze względu na brak technologii o wysokiej czułości, którą można zbudować po przystępnych kosztach. Do teraz.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) będzie uczestniczyć w międzynarodowej współpracy mającej na celu rozwój DALI (Ciemne fotony i Axion– cząstki jak nakładanie sięThe Dark Matter Astronomical Particle Telescope Experiment, którego celem naukowym jest poszukiwanie aksonów i parafotonów w zakresie od 6 do 60 GHz. Prototyp, Proof of Concept, jest obecnie na etapie projektowania i produkcji IAC. Plik białe papiery Opis eksperymentu został przyjęty do publikacji w Journal of Cosmology and Astrophysics (JCAP).

W latach 70. teoria przewidywała, że ​​akson jest hipotetyczną cząstką o małej masie, która będzie słabo oddziaływać ze standardowymi cząstkami, takimi jak nukleony i elektrony, a także z fotonami. Te proponowane interakcje badano, próbując ujawnić aksony z różnymi typami instrumentów. Jedną z obiecujących technik jest badanie interakcji aksonów ze standardowymi fotonami.

Aksony „mieszają się” z fotonami pod wpływem silnego zewnętrznego pola magnetycznego, np. Wytwarzanego przez magnesy nadprzewodzące w detektorach cząstek lub stosowane w diagnostyce medycznej rezonansu magnetycznego, i wytwarzają słaby sygnał radiowy lub mikrofalowy. Sygnał ten był badany w różnych eksperymentach od końca lat osiemdziesiątych XX wieku i jest to tylko sygnał, który chcemy teraz wykryć za pomocą DALI, chociaż istnieje nowy, prawie nieodkryty zestaw parametrów, który będzie dostępny dla pierwszego czas dzięki temu eksperymentowi – wyjaśnia Javier de Miguel, badacz MAK i pierwszy autor badania.

Pierwsze detektory współosiowe, wyprodukowane w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych XX wieku, wykorzystywały wnękę rezonansową wewnątrz super-magnesu, która wzmacniała słaby sygnał mikrofalowy oczekiwany od osi, starając się dopasować go do zakresu mocy, który mógłby zostać wykryty przez naukowców. instrumenty. Niestety, rozmiar otworu jest odwrotnie proporcjonalny do częstotliwości skanowania, a dla aksionu lumenów były zbyt małe, aby można je było wytwarzać dla częstotliwości większych niż około 6 GHz.

Z tego powodu nowy eksperyment łączy najbardziej obiecującą technologię skanowania wysokiej częstotliwości i włącza ją do praktycznego projektu, który dodatkowo zwiększa możliwości współosiowych astronomicznych detektorów cząstek ciemnej materii. W ten sposób DALI zawiera potężny magnes nadprzewodzący, detektor aksionów z nowym rezonatorem, który umożliwia wykrywanie słabego sygnału indukowanego przez aksony, oraz ultrasymulator, który umożliwia skanowanie obiektów i obszarów na niebie w poszukiwaniu ciemnej materii.

W ten sposób DALI może pomóc w odkryciu aksonu, pseudocząstki w naturze podobnej do bozonu Higgsa, który został odkryty w 2012 r. CERN, I obiecujący kandydat na ciemną materię. Ciemna materia jest podstawowym składnikiem wszechświata, który oddziałuje bardzo słabo ze zwykłą materią, a zatem bardzo trudny do bezpośredniego wykrycia, ale jej odkrycie pozwoli nam wyjaśnić krzywe rotacji galaktyk spiralnych i dlaczego struktura znajduje się w galaktykach spiralnych. Wszechświat ewoluował w sposób, w jaki ewoluował do tej pory, wśród innych tajemnic.

Odniesienie: „Poszukiwania teleskopu ciemnej materii w zakresie od 6 do 60 GHz” Javier de Miguel, 28 kwietnia 2021 r. Journal of Cosmology and Astrophysics.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075