Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

DALI-eksperimentet:Søgning efter aksionen, en foreslået komponent af mørkt stof

Bokserne viser, hvordan filamenter og superhobe af galakser vokser over tid, fra milliarder af år efter Big Bang til nuværende strukturer. Kredit:Ændring af arbejde af CXC/MPE/V. Springel

Påvisningen af ​​aksionen ville markere en nøgleepisode i videnskabens historie. Denne hypotetiske partikel kunne løse to fundamentale problemer i moderne fysik på samme tid:problemet med ladning og paritet i den stærke interaktion, og mysteriet med mørkt stof. Imidlertid, på trods af den store videnskabelige interesse for at finde det, søgningen ved høj radiofrekvens - over 6 GHz - er næsten blevet tilsidesat på grund af manglen på den højfølsomme teknologi, som kunne bygges til en rimelig pris. Indtil nu.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) vil deltage i et internationalt samarbejde om at udvikle DALI-eksperimentet (Dark-photons &Axion-Like Particles Interferometer), et astro-partikel-teleskop til mørkt stof, hvis videnskabelige formål er at søge efter aksioner og parafotoner i 6 til 60 GHz-båndet. Prototypen, proof of concept, er i øjeblikket i design- og fremstillingsfasen på IAC. Hvidbogen, der beskriver eksperimentet, er blevet accepteret til offentliggørelse i Journal of Cosmology and Astropartikelfysik ( JCAP ).

Forudsagt af teori i 1970'erne, axionen er en hypotetisk partikel med lav masse, som interagerer svagt med standardpartikler såsom nukleoner og elektroner, såvel som med fotoner. Disse foreslåede interaktioner er undersøgt for at forsøge at detektere aksionen med forskellige typer instrumenter. En lovende teknik er at studere interaktionen mellem aksioner og standardfotoner.

"Aksioner 'blander' med fotoner under påvirkning af et stærkt eksternt magnetfelt, såsom dem, der produceres af de superledende magneter i partikeldetektorer eller dem, der anvendes til medicinsk diagnostik ved magnetisk resonans, og producere et svagt radio- eller mikrobølgesignal. Dette signal er blevet ledt efter i en række eksperimenter siden slutningen af ​​80'erne, og det er bare det signal, vi ønsker at opdage nu med DALI, selvom i en ny næsten uudforsket række af parametre, som vil være tilgængelig for første gang takket være dette eksperiment", forklarer Javier De Miguel, en IAC-forsker og den første forfatter til undersøgelsen.

De første axionsdetektorer, lavet i 80'erne og 90'erne, brugte et resonanshulrum, som inde i en supermagnet, forstærkede det svage mikrobølgesignal forudsagt fra aksionen, forsøger at bringe den ind i et effektområde, der kan detekteres af videnskabelige instrumenter. Desværre, størrelsen af ​​hulrummet er omvendt proportional med scanningsfrekvensen og, for aksionen, hulrummene var for små til at blive lavet til frekvenser større end omkring 6 GHz.

Af denne grund, det nye eksperiment samler de mest lovende teknikker til scanning ved høje frekvenser, og inkluderer det i et praktisk design, hvortil der også tilføjes kapaciteten af ​​astro-partikeldetektorer til aksionisk mørkt stof. På denne måde DALI består af en kraftig superledende magnet, en aksionsdetektor med en ny resonator for at gøre det svage signal forårsaget af aksionerne detekterbart, og en altazimuth-montering, der giver den mulighed for at scanne objekter og områder på himlen på udkig efter mørkt stof.

Denne måde, DALI kunne hjælpe med at detektere aksionen, en pseudo-skalær partikel, hvis natur ligner Higgs bosonens, opdaget i 2012 på CERN, og en lovende kandidat for mørkt stof. Mørkt stof er en grundlæggende bestanddel af universet, som interagerer meget svagt med almindeligt stof, og det er derfor meget svært at opdage direkte, men hvis opdagelse ville tillade os at forklare rotationskurverne for spiralgalakserne, og hvorfor dannelsen af ​​struktur i universet har udviklet sig på den måde, den har gjort indtil nu, blandt andre mysterier.