_ Studiul stabilește noi constrângeri pe fotonii întunecați folosind un nou haloscop optic dielectric

Cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST), Massachusetts Institute of Technology (MIT) și Institutul Perimeter au stabilit recent noi constrângeri asupra fotonilor întunecați, care sunt particule ipotetice și candidați renumiți de materie întunecată. Descoperirile lor, prezentate într-o lucrare publicată în Physical Review Letters, au fost obținute folosind un nou detector de foton unic cu nanofir supraconductor (SNSPD) pe care l-au dezvoltat.

„Există o colaborare strânsă între grupurile noastre de cercetare de la NIST și MIT. , condus de dr. Sae Woo Nam și, respectiv, de prof. Karl Berggren”, a declarat Jeff Chiles, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul, pentru Phys.org. „Lucrăm împreună pentru a avansa tehnologia și aplicațiile pentru dispozitive ultra-sensibile numite detectoare de foton unic cu nanofire supraconductoare sau SNSPD.”

În ultimii câțiva ani, Chiles și colegii săi au luat în considerare potențiale aplicații care ar beneficiază de detectoarele SNSPD la care au lucrat, care practic nu au zgomot de fond printre alte caracteristici avantajoase. În cele din urmă, au fost prezentați unui grup de fizicieni teoreticieni de la Institutul Perimetru de Fizică Teoretică din Canada.

Această echipă de teoreticieni a avut o idee interesantă pentru un detector de materie întunecată care ar putea funcționa într-un domeniu complet diferit de cei angajat în prezent în căutarea materiei întunecate. Acest detector, și anume un haloscop optic dielectric multistrat, era un concept extrem de promițător, dar ar necesita un detector optic care ar putea funcționa mult mai bine decât cei de pe piață astăzi.

„Acesta s-a dovedit a fi perfect potrivește, deoarece grupurile MIT și NIST ar putea construi detectorul și aparatul și le-ar testa", a explicat Chiles. „Așadar, am făcut echipă și am numit proiectul nostru LAMPOST (Light A' Multilayer Periodic Optical SNSPD Target). Scopul nostru a fost să realizăm prima dovadă de concept experimentală pentru această idee și să dovedim că ar putea fi folosită pentru a căuta materie întunecată. cu o sensibilitate mai bună decât limitele deja stabilite.”

Detectorul optic conceput de Chiles și colegii săi se bazează pe o structură cunoscută sub numele de stivă sau țintă dielectrică. Această structură poate genera fotoni de semnal de interes, prin conversia unui foton întunecat nerelativist într-un foton relativist în aceeași frecvență.

„În primul rând, am efectuat analiza construcției aparatului, simulări optice pentru a determina eficiența colectării, simularea eficienței de detecție, calculul influenței polarizării asupra semnalului de materie întunecată și puterea minimă a semnalului care este compatibilă cu gama posibilă de proprietăți țintă”, a declarat Ilya Charaev, un alt cercetător implicat în studiu, Phys. org. „Folosind tehnica SNSPD, toate semnalele de intrare au fost înregistrate pe o expunere de 180 de ore.”

Pentru a stabili o limită pentru cuplarea materiei întunecate, cercetătorii au estimat rata de numărare a întunericului, denumită și „zgomot”. „pentru detectorul SNSPD pe care l-au dezvoltat. Interesant este că valoarea estimată a zgomotului este cea mai scăzută dintre toate valorile raportate în literatura de fizică.

„În special, am reușit în scopul nostru, deoarece am putut să scanăm un tip de materie întunecată, în special „fotoni întunecați”. ,' de două ori mai sensibil decât orice altceva din domeniul energetic pe care l-am căutat", a spus Chiles. „În marea schemă a lucrurilor, aceasta este încă o mică crestătură dintr-o gamă uriașă de posibilități pentru materia întunecată. Dar pentru prima noastră rulare depășirea limitelor existente este un prim pas important și, pentru mine, aceasta vorbește despre puterea și simplitatea abordării haloscopului optic dielectric multistrat.”

În experimentele lor, această echipă de cercetători a adunat informații valoroase care ar putea informa căutările viitoare pentru fotoni întunecați, încurajând în același timp și utilizarea SNSPD-urilor. Pe lângă stabilirea de noi constrângeri asupra fotonilor întunecați, de fapt, Chiles și colegii săi au aflat mai multe despre capacitățile detectorului lor.

Cel mai important, au descoperit că zgomotul din detectorul lor era incredibil de scăzut. Mai precis, echipa a observat doar 5 „evenimente false” pentru unul dintre detectoarele lor cu un singur foton în decurs de 180 de ore de colectare de date, ceea ce sugerează că tehnologia lor este foarte sensibilă la semnalele slabe.

„Este interesant să ne gândim. la ce alte experimente de fizică cu evenimente rare ar putea fi aplicată această tehnologie în viitorul apropiat”, a adăugat Chiles. „Între timp, intenționăm să extindem experimentul de aici. Prima rulare a fost o dovadă de concept, dar următoarea va fi suficient de sensibilă pentru a acoperi un spațiu mare de parametri pentru materia întunecată, care va include atât axioni, cât și fotoni întunecați. ."

© 2022 Science X Network

(Fluierul)