|
Результаты первого поиска темных фотонов
|
|
|
|
Хотя многие исследовательские группы по всему миру в течение последних десятилетий занимались поиском темной материи, обнаружить ее до сих пор было очень сложно, поэтому о ее возможном составе и физических свойствах известно очень мало. Двумя многообещающими кандидатами на темную материю (то есть гипотетическими частицами, из которых может состоять темная материя) являются аксионы и темные фотоны.
|
|
|
|
Аксионный эксперимент с намагниченным диском и зеркалом (MADMAX) - это масштабное исследование, направленное на обнаружение аксионов или темных фотонов с помощью сложного прибора, состоящего из набора сапфировых дисков и отражающего зеркала. В недавней статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, коллаборация MADMAX опубликовала результаты первого поиска темных фотонов, проведенного с использованием прототипа их детектора.
|
|
|
|
"Основная цель MADMAX - обнаружить темную материю в виде аксионов или темных фотонов", - сказал Джейкоб Матиас Эгге, первый автор статьи. Phys.org "Эти две гипотетические частицы являются популярными кандидатами на то, из чего может состоять темная материя. В нашей недавней статье мы описываем результаты поиска темных фотонов с использованием маломасштабного прототипа."
|
|
|
|
По сравнению с большинством предыдущих и текущих исследований темной материи, MADMAX использует другой тип детектора. Таким образом, ключевой целью недавней работы исследователей, участвовавших в эксперименте, было подтверждение того, что используемый ими детектор действительно работает и может быть использован для поиска аксионов и темных фотонов.
|
|
|
|
|
|
|
"Темные фотоны - это, по сути, более тяжелые родственники безмассовых фотонов (то есть частиц света)", - объяснил Эгге. "Как следствие, темные фотоны из окружающего нас ореола темной материи могут самопроизвольно (но очень редко) превращаться в обычные фотоны с частотой, которая зависит от неизвестной массы темных фотонов. В нашем случае мы попытались обнаружить эти избыточные фотоны с частотой около 20 ГГц".
|
|
|
|
Экспериментальная установка, используемая исследователями, предназначена для того, чтобы сначала увеличить конверсию между темными и обычными фотонами с помощью резонатора. Этот резонатор имеет уникальную конструкцию, состоящую из набора параллельных диэлектрических дисков.
|
|
|
|
Преимущество разработки команды заключается в том, что она позволяет создавать резонаторы, длина волны которых намного превышает длину волны преобразованных темных фотонов. Это заметное отличие от ранее разработанных приборов, которые часто могут измерять только значительно более низкие частоты.
|
|
|
|
"Затем система микроволнового приемника измеряет мощность, исходящую от этого диэлектрического блока", - сказал Эгге. "Сигнал от темных фотонов будет проявляться как постоянное колебание с четко определенной частотой на фоне случайного шума от теплового излучения абсолютно черного тела. В пространстве Фурье это узкий пик над уровнем шума, который мы в конечном итоге и искали. К сожалению, мы не обнаружили никаких подобных сигналов, кроме искусственных, которые, вероятно, поступают из близлежащего аэропорта."
|
|
|
|
Хотя первый поиск темных фотонов, выполненный с использованием прототипа MADMAX, не выявил никаких сигналов, которые могли бы быть связаны с этими неуловимыми частицами, он продемонстрировал потенциал самого эксперимента. Фактически, даже с помощью малогабаритного прототипа исследователи смогли улавливать сигналы с чувствительностью, которая была почти на три порядка выше, чем была достигнута в предыдущих экспериментах, а также охватить большое неизученное пространство параметров за один экспериментальный цикл.
|
|
|
|
"Поскольку было доказано, что основная концепция детектора работает, мы можем легко расширить охват в следующих обновленных версиях, что повысит наши шансы на обнаружение", - добавил Эгге. "Следующие крупные обновления для MADMAX уже проводятся. Мы готовимся к охлаждению всей установки до температуры 4 К, что значительно снизит тепловой шум.
|
|
|
|
"Затем мы будем постепенно увеличивать размер резонатора, который усиливает потенциальный сигнал о темной материи, используя больше дисков, а также увеличивая их размер. Точно перемещая диски, мы сможем настроить резонансную частоту и расширить диапазон масс, в котором мы чувствительны".
|
|
|
|
В своих будущих экспериментах исследователи планируют использовать детектор MADMAX в сильном магнитном поле, поскольку это позволило бы им одновременно искать как темные фотоны, так и аксионы. В конечном счете, их эксперименты могли бы помочь установить новые ограничения на массы обоих этих кандидатов в темную материю, что потенциально способствовало бы их обнаружению.
|
|
|
|
Источник
|
