Søger efter axion mørkt stof med en ny detektionsenhed

En detektionsenhed designet og bygget på Yale indsnævrer søgningen efter mørkt stof i form af aksioner, en teoretiseret subatomær partikel, der kan udgøre så meget som 80% af sagen i universet.

Anført af Yale -fysikeren Steve Lamoreaux, et team af forskere annoncerede de første resultater af projektet, kaldet Haloscope At Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter (HAYSTAC). Resultaterne fremgår af journalen Fysisk gennemgangsbreve .

"Eksistensen af ​​mørkt stof er blevet fastslået med en høj grad af tillid. Men i øjeblikket ved ingen, hvad det er, og det er fortsat blandt de moderne videnskabers fremragende spørgsmål, "sagde Lamoreaux." Vores arbejde sætter vigtige grænser for en førende teori om mørkt stof. "

Den teori er centreret om aksionen, en partikel, der blev foreslået i 1980'erne. Lamoreaux sagde, at aksionen - som ikke har nogen ladning, ingen spin, og en lille mængde masse - har alle de nødvendige egenskaber for at være en overbevisende mørk stofkandidat. Den observerede mørke stofdensitet i vores galakse kræver cirka 10 billioner aksioner pr. Kubikcentimeter; imidlertid, deres direkte interaktioner med almindeligt stof er så svage, at deres påvisning kræver ekstremt følsomme eksperimentelle teknikker.

Ved hjælp af et nyt instrument bygget på Yale's Wright Lab, Lamoreaux og hans kolleger udvidede de mulige parametre til påvisning af aksioner. Deres undersøgelse viser den instrumentfølsomhed, der kræves for at detektere aksioner, der er 10 gange tungere end dem, der var målrettet mod tidligere eksperimenter.

Aksionsdetektorer bruger intense magnetfelter til at konvertere aksioner til påviselige mikrobølgefotoner med en bestemt frekvens bestemt af den ukendte aksionsmasse. Tidligere eksperimenter har ledt efter aksioner med lav masse. At skubbe søgningen til større masser har været udfordrende for forskere, fordi det kræver højfrekvente detektorer, der er fysisk mindre, og signalerne fra aksionskonvertering i sådanne tilfælde er svagere.

"Vores store gennembrud var at gøre detektoren koldere og mere støjsvag end nogensinde før, ved at tilpasse forstærkere udviklet til kvanteberegningsforskning, hvis støjydelse nærmer sig de grundlæggende grænser, der fastsættes af kvantemekanikkens love, "Sagde Lamoreaux." Med de første data fra vores detektor, Vi har sat grænser for interaktioner mellem mørke stofaksioner og åbnet en ny del af det tilladte aksionmasseområde til eksperimentel undersøgelse. "

Den første forfatter til avisen er Ben Brubaker, en kandidatstuderende i Lamoreaux -laboratoriet i Yale. Yderligere Yale-medforfattere er Ling Zhong, Julia Gurevich, Sidney Cahn, og Kelly Backes. Andre medforfattere er fra University of California-Berkeley, University of Colorado, det nationale institut for standarder og teknologi, og Lawrence Livermore National Laboratory.

"Axion -eksperimentet med mørkt stof i Yale skubber grænserne for partikelastrofysik, "sagde Karsten Heeger, direktør for Wright Laboratory. "Det er et lysende eksempel på et universitetsbaseret eksperiment, der bruger avanceret instrumentering og udnytter lokal infrastruktur til at løse et af de grundlæggende spørgsmål om universet og uddanne den næste generation af forskere. Vi er begejstrede for at have sådan en verdensledende indsats her på campus på Wright Lab. "