|
Первые результаты эксперимента с темной материей
|
|
|
|
Исследователи из Массачусетского технологического института недавно опубликовали первые результаты эксперимента, направленного на поиск аксионной темной материи путем исследования двулучепреломления электромагнитных волн, вызванного аксионами. Хотя эти результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters, не привели к наблюдению сигналов, связанных с этими гипотетическими частицами темной материи, они позволили разработать новый метод поиска аксионов с использованием настраиваемого оптического резонатора.
|
|
|
|
"Эксперимент был предложен в 2019 году в рамках сотрудничества между нашей лабораторией и нашими коллегами из Центра теоретической физики Массачусетского технологического института, когда мы думали о новых способах поиска гипотетической частицы темной материи под названием аксион", - рассказал Эван Холл, научный сотрудник лаборатории LIGO Массачусетского технологического института Phys.org.
|
|
|
|
"Ожидается, что любое наблюдаемое взаимодействие между аксионами и обычной материей будет очень слабым. Мы поняли, что проблема обнаружения слабого сигнала очень похожа на проблему обнаружения гравитационных волн, которые являются еще одним видом очень слабого сигнала, обнаруженного совсем недавно".
|
|
|
|
|
|
|
После различных теоретических дискуссий и размышлений Холл и его коллеги поняли, что лазеры и оптические инструменты, которые в настоящее время используются в эксперименте LIGO для обнаружения гравитационных волн, могут быть перепрофилированы для проведения аксионного поиска. Это дало начало эксперименту Axion с двулучепреломляющей полостью темной материи (ADBC), который впервые начал собирать данные в 2022 году.
|
|
|
|
"Мы хотели экспериментально продемонстрировать, как использовать эти инструменты для поиска аксионов", - объяснил Холл. "Свет имеет две поляризации — горизонтальную и вертикальную. Ожидается, что аксионы, если они существуют, преобразуют одну поляризацию в другую. В нашей лаборатории мы используем лазер для генерации вертикально поляризованного света и ищем любые намеки на то, что аксионы преобразовали часть этого света в горизонтальную поляризацию".
|
|
|
|
Детектор, на который опирается эксперимент ADBC, состоит из 4 зеркал, расположенных таким образом, что они образуют оптический резонатор (то есть структуру, которая улавливает свет). Этот оптический резонатор накапливает и повторно направляет световые лучи, исходящие от лазера, в тысячи раз, что усиливает слабые аксионные сигналы.
|
|
|
|
На первых этапах эксперимента Холл и его коллеги использовали детектор для поиска аксионов с массами около 50 нэВ (около 10^-40 граммов). Примечательно, что другая исследовательская группа, базирующаяся в Соединенном Королевстве, недавно занималась поиском аксионов с массами около 2 нэВ, используя аппаратуру, аналогичную той, что используется в Массачусетском технологическом институте.
|
|
|
|
"Наша работа показала, что этот новый тип резонатора можно настроить таким образом, чтобы расширить диапазон возможных масс аксионов, по которым можно проводить поиск", - сказала Свадха Пандей, аспирант четвертого курса Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
"В частности, мы показали, что резонатор можно настраивать, регулируя углы наклона его четырех зеркал. Возможность настройки является важным критерием для того, чтобы аппарат был полезен для поиска темной материи. Поскольку никто не знает, какой может быть масса аксиона, нам нужно проводить поиск в широком диапазоне возможных масс".
|
|
|
|
Первые результаты эксперимента ADBC накладывают ограничения на взаимодействие аксионоподобных частиц и фотонов. Хотя аксионы пока не обнаружены, они могут вдохновить на дополнительные исследовательские усилия, направленные на обнаружение этих гипотетических частиц темной материи с помощью оптических резонаторов, что потенциально может способствовать их экспериментальному открытию.
|
|
|
|
"После того, как мы показали, что этот метод может работать в широком диапазоне масс аксионов, следующим шагом будет проведение более масштабного и чувствительного эксперимента", - добавил Пандей.
|
|
|
|
"В таком эксперименте использовалось бы больше лазерного излучения, чтобы больше фотонов взаимодействовало с аксионами, и эксперимент был бы масштабнее, чтобы увеличить время, в течение которого фотоны могут взаимодействовать с аксионами. Автоматизация механизма настройки и продуманные конструкции зеркальных покрытий также необходимы для сканирования во всем доступном диапазоне масс аксионов".
|
|
|
|
Источник
|
