_ Colaborarea BREAD caută fotoni întunecați folosind o antenă antenă coaxială

Se estimează că aproximativ 80% din materia din univers va fi așa-numita „materie întunecată”, care nu emite, reflectă sau absoarbe lumină și, prin urmare, nu poate fi direct detectat folosind tehnici experimentale convenționale.

În timp ce existența materiei întunecate este acum bine documentată, astrofizicienii din întreaga lume încă încearcă să elaboreze metode eficiente pentru a o detecta și a confirma compoziția acesteia.

Broadband Reflector Experiment for Axion Detection (BREAD), un proiect de cercetare recent stabilit de către fizicienii de la Universitatea din Chicago și de la Fermi Accelerator Laboratory, a introdus o nouă abordare pentru căutarea candidaților de materie întunecată ușoară, inclusiv fotoni și axioni întunecați.

Metoda propusă de BREAD Collaboration, subliniată într-o lucrare publicată în Physical Review Letters, presupune utilizarea unei antene coaxiale pentru a capta semnalele care ar fi asociate cu aceste particule.

„Noi. știm că există o formă de materie în jurul nostru care interacționează doar foarte slab și nu radiază, dar nu știm din ce este făcută", a declarat Stefan Knirck, autor corespondent pentru BREAD Collaboration, pentru Phys.org.

„În ultimele decenii, s-au depus multe eforturi pentru a căuta noi particule fundamentale cu o masă similară cu cea a unui proton, dar cu puțin succes. Prin urmare, apelăm la alți candidați foarte bine motivați: fotonul întunecat și axionul.”

Fotonii și axionii întunecați sunt teoretizați a fi de aproximativ 1 trilion de ori mai lumini decât protonii, astfel încât detectarea lor ar necesita tehnologii foarte diferite. În timp ce colaborarea BREAD este încă la început, a introdus o nouă tehnologie concepută pentru a căuta aceste particule mai ușoare. /p>

„Ideea din spatele lucrării noastre este că, dacă există axion (sau în cazul acestei lucrări, foton întunecat) materia întunecată, aceasta se poate transforma în particule de lumină (fotoni) pe un perete metalic”, a explicat Knirck. . „Fotonii sunt emiși perpendicular pe perete.

„În BREAD, cilindrul exterior corespunde acestui perete Toată această lumină este apoi focalizată pe un mic punct unde poți pune un detector de lumină sau o antenă căutarea unui semnal în BREAD, combinația dintre reflectorul interior în formă de lacrimă și cilindrul exterior se ocupă de focalizare.”

Pentru a face configurația sensibilă la materia întunecată axionică, colaborarea BREAD. ar putea adăuga, de asemenea, un câmp magnetic care este paralel cu peretele metalic într-o versiune viitoare a experimentului. O caracteristică unică a noului detector este că se poate încadra în magneți solenoizi foarte mari (la scară m) cu câmp înalt (multi-Tesla).

„În acest prim experiment, ne-am concentrat pe detectarea „luminii”. " în regimul cu microunde, similar cu cuptorul cu microunde care sunt folosite atunci când încălziți mâncarea acasă", a spus Knirck. „În acest scop, am proiectat o antenă cu microunde personalizată la punctul focal și o schemă foarte sensibilă pentru a vedea cele mai mici puteri primite de antenă. Acest lucru a stimulat dezvoltarea electronică cuantică de top în curs de desfășurare la Fermilab.”

The BREAD Colaborarea a colectat prima rundă de date vara trecută, în special între iunie și iulie 2023. Datele pe care le-au strâns includ zgomotul termic captat de antenă în această perioadă și un zgomot adăugat de la amplificare.

„În această perioadă. zgomot un semnal ar fi un mic exces, pe care l-am căutat în analiza noastră”, a spus Knirck. „Acest lucru este similar cu rotirea butonului de frecvență la un radio: dacă nu există nicio stație la o anumită frecvență, auziți zgomot, dar când îl acordați încet la o stație, puteți auzi semnalul postului începând să domine peste zgomot. ."

Recentul articol publicat de Knirck și colaboratorii săi subliniază rezultatele primei lor căutări de fotoni întunecați folosind acest nou detector. Deși nu au captat niciun semnal relevant, experimentul lor s-a dovedit a fi de aproximativ 10.000 de ori mai sensibil la puterea semnalului fotonului întunecat într-o masă cuprinsă între 44 și 52  μeV (10,7–12,5 GHz) decât metodele propuse anterior.

„Munca noastră demonstrează potențialul acestui concept și ne determină să-l extindem și să-l facem mult mai sensibil în viitor”, a spus Knirck. „Acest lucru motivează să continue dezvoltarea acestei tehnologii cu o sensibilitate mult mai bună pe game mult mai mari de diferite mase de materie întunecată.”

Colaborarea BREAD speră că abordarea lor nou concepută le va permite să explorează cele mai bine motivate modele de axioni și pot duce la detectarea lor, ceea ce ar fi o descoperire uriașă în astrofizica particulelor.

Cercetătorii își desfășoară acum experimentul într-un magnet 4T la Laboratorul Național Argonne, pentru a debloca sensibilitatea sa la materia întunecată asemănătoare axionilor.

„De asemenea, construim mai multe prototipuri care combină conceptul cu diferite tehnologii cuantice de ultimă oră, pentru a fi sensibili la particulele individuale de lumină la focalizare”, a adăugat Knirck. „La Fermilab ne așteptăm în curând să primim un magnet și mai puternic, care va face experimentele noastre mult mai sensibile.

„Obiectivul pe termen lung este un program experimental la scară largă, cu o configurație la scara de ~10 m. în interiorul unui magnet imens care permite explorarea celor mai bine motivate modele.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)