Телескоп для изучения темной материи с астрономическими частицами

Рамки показывают, как галактические сверхскопления и волокна растут с течением времени, от миллиардов лет после Большого взрыва до настоящих структур. Предоставлено: работа, измененная CXC / MPE / V. Springel.

Открытие аксиона знаменует собой важное звено в истории науки. Эта гипотетическая частица может одновременно решить две фундаментальные проблемы современной физики: проблему заряда и валентности сильного взаимодействия и загадку темной материи. Однако, несмотря на большой научный интерес к его поиску, исследования в области высоких радиочастот — выше 6 ГГц — остались в стороне из-за отсутствия высокочувствительной технологии, которую можно было бы создать по доступной цене. До настоящего времени.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) будет участвовать в международном сотрудничестве по развитию DALI (Темные фотоны и Аксион— частичное перекрытиеЭксперимент на телескопе с астрономическими частицами темной материи, научная цель которого — поиск аксонов и парафотонов в диапазоне от 6 до 60 ГГц. Прототип Proof of Concept в настоящее время находится на стадии проектирования и производства IAC. В белые бумаги Описание эксперимента принято к публикации в Журнал космологии и астрофизики (JCAP).

В 1970-х годах теория предсказала, что аксон — это гипотетическая частица с малой массой, которая будет слабо взаимодействовать со стандартными частицами, такими как нуклоны и электроны, а также с фотонами. Эти предполагаемые взаимодействия были изучены в попытке обнаружить аксон с помощью различных типов инструментов. Один из многообещающих методов — изучение взаимодействия аксонов со стандартными фотонами.

Аксоны «смешиваются» с фотонами под воздействием сильного внешнего магнитного поля, например, создаваемого сверхпроводящими магнитами в детекторах частиц или используемыми в магнитно-резонансной медицинской диагностике, и производят слабый радио- или микроволновый сигнал. Этот сигнал исследовался в различных экспериментах с конца 1980-х годов, и это только тот сигнал, который мы хотим сейчас обнаружить с помощью DALI, хотя есть новый, почти не обнаруженный набор параметров, который будет доступен для первых. время благодаря этому эксперименту, объясняет Хавьер де Мигель, исследователь IAC и первый автор исследования.

В первых коаксиальных детекторах, изготовленных в 1980-х и 1990-х годах, использовался резонансный резонатор внутри супермагнита, который усиливал слабый микроволновый сигнал, ожидаемый от оси, в попытке подогнать его к диапазону мощности, который мог быть обнаружен научным инструменты. К сожалению, размер отверстия обратно пропорционален частоте сканирования, а для аксиона просветы были слишком малы, чтобы их можно было производить для частот выше примерно 6 ГГц.

По этой причине новый эксперимент сочетает в себе наиболее многообещающую технологию высокочастотного сканирования и включает ее в практическую конструкцию, которая также расширяет возможности коаксиальных детекторов астрономических частиц темной материи. Таким образом, DALI включает в себя мощный сверхпроводящий магнит, аксионный детектор с новым резонатором для обнаружения слабого сигнала, индуцированного аксонами, и ультрасимулятор, позволяющий сканировать объекты и области в небе на предмет темной материи.

Таким образом, DALI может помочь обнаружить аксон, псевдочастицу по своей природе, аналогичную таковой у бозона Хиггса, который был обнаружен в 2012 г. ЦЕРН, И многообещающий кандидат на темную материю. Темная материя — это фундаментальный компонент Вселенной, который очень слабо взаимодействует с обычным веществом, и, следовательно, его очень трудно обнаружить напрямую, но его открытие позволит нам объяснить кривые вращения спиральных галактик и почему структура находится в спиральных галактиках. Вселенная развивалась так же, как и до сих пор, среди других загадок.

Ссылка: «Телескоп темной материи, исследующий диапазон от 6 до 60 ГГц» Хавьера де Мигеля, 28 апреля 2021 г. Журнал космологии и астрофизики.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075