Исследователи из Центра Аксион и точности физических исследований (Кэпп), в Институте фундаментальной науки (ИБС, Южная Корея), сообщили о первых результатах своего поиска аксионов; неуловимый ультра-легкие частицы, которые могли бы стать загадочной темной материи. ИБС-КЭП находится в Корее продвинутый институт науки и технологий (KAIST). Опубликована в письма в ЖЭТФ, анализ объединяет данные изъяты более трех месяцев с новой Аксион-охота аппаратуры, разработанных за последние два года.
Доказательства существования аксионов может решить две из самых больших загадок в современной физике сразу: почему галактики вращаются внутри скопления галактик движутся гораздо быстрее, чем ожидалось, и почему две фундаментальные силы природы следуют различным правилам симметрии. Первой загадкой был поднят еще в 1930 году, и было подтверждено в 70-х годах, когда астрономы заметили, что наблюдаемые массы Млечного Пути галактики не может объяснить сильное гравитационное притяжение испытывают звезд в галактиках. Второй загадке, известной как сильная СР проблема, был назван журналом Forbes «самых недооцененных головоломка в физике» в 2019 году.
Симметрия является важным элементом физики элементарных частиц и СР ссылается на заряд+симметрия четности, где законы физики такие же, если частицы поменять местами с соответствующими античастицами (С) в их зеркальные отражения (Р). В случае сильного взаимодействия, которые несет ответственность за сохранность ядра вместе, нарушение СР теоретически допускается, но никогда не были обнаружены, даже в наиболее чувствительных экспериментов. Наоборот, симметрия СР нарушается и теоретически и экспериментально в слабом сила, которая лежит в основе некоторых видов радиоактивных распадов. В 1977 году, физиков-теоретиков, Роберто Печчеи и Элен Квинн предложил Печчеи-Квинн симметрии как теоретическое решение этой проблемы, и двух лауреатов Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек и Стивен Вайнберг, показал, что Печчеи-Квинн симметрии приводит к новой частицы: Аксион. Частица была названа в честь американского моющего средства, потому что она должна очистить сильный беспорядок взаимодействий.
В настоящее время подсчитано, что 85% материи во Вселенной является темной, то есть неощутимы. Темная материя обеспечивает достаточной массой, чтобы удерживать наше Солнце покинуть Млечный Путь, но его не видно в обычных условиях. Другими словами, аксионы должны присутствовать в большом количестве во Вселенной, но почти не взаимодействуют с частицами, которые знакомы нам.
По предсказаниям и золотое правило Ферми, Аксиона спонтанно трансформируется в две аэрозольные частицы (фотоны) в крайне низкий уровень, и это преобразование может быть быстрее в условиях, когда один из фотонов уже присутствует. В экспериментах, эту роль играют сильное магнитное поле, которое обеспечивает (практически) фотоны всех уровнях энергии, ускоряя процесс чрезвычайно.
Для облегчения Аксион-на-фотонной конверсии, исследователи ИБС использовали свой заказ Кэпп-8ТБ haloscope. Этот инструмент имеет цилиндрического сверхпроводящего магнита с четким диаметром 165 мм и центральное магнитное поле 8 Тл. Сигнал Аксион-породил фотонов усиливается в резонансной полости. Если выбран правильный частота, фотоны будут резонировать в полости и отметить свое присутствие с небольшой вспышкой. Команды должны обнаружить около 100 микроволновых фотонов в секунду, чтобы сделать уверенное заявление.
«Этот эксперимент-это не 100-метровый спринт, но первый гол в марафон бежать. Мы научились делать и мы протестировали новые концепции, которые будут использоваться в системе высшего уровня в будущем», — объясняет Яннис К. Semertzidis, директор Центра и профессор KAIST.
В этом экспериментальном режиме, команды искали аксионов с массой между 6.62 и 6.82 ?эВ, соответствующей частоте между 1.6 и 1.65 ГГц, диапазона, который был выбран по квантовой хромодинамике. Ученые показали в эксперименте с 90% — ным доверительным уровнем, который является наиболее чувствительным результат в масс-спектр на сегодняшний день, что нет аксионной темной материи или Аксион-подобных частиц в этом диапазоне. Таким образом, Кэпп-8ТБ занимает свое место среди других Аксион-охота экспериментов, которые смотрят на различные массы. Кроме того, это единственный эксперимент в том, что масс-спектр, который достигает около чувствительности, необходимой в соответствии с двумя наиболее известных теоретических моделей о аксионов: модели KSVZ и модели DFSZ. Буквы аббревиатуры, которые ссылаются на ученых, которые их предложили.
«Мы доказали, что мы можем достичь значительно более высокой чувствительности, чем все другие эксперименты в этом диапазоне частот, и что мы готовы активизировать наши исследования больших систем. Мы стремимся быть в верхней части нашей области на ближайшие десять лет! Вот почему это так интересно!», с энтузиазмом НИР сотрудник Soohyung ли, первый автор исследования.
Диапазон масс определяется диаметром полости. Больший диаметр может искать меньшую массу регионе и наоборот. Поскольку Кэпп-8ТБ резонатор размещен внутри ясно отверстии сверхпроводящего магнита, исследователи ИБС разработаны перестраиваемые медную цилиндрическую полость как резонатор с максимально доступной громкости.
За пределы полости, Кэпп-8ТБ haloscope имеет ряд передовых технологий, в том числе криогенной разбавления холодильник достигает -273 градуса по Цельсию (лишь около 50 мк выше абсолютного нуля), сверхпроводящий магнит с сильным магнитным полем, малошумящих СВЧ-электроники и государство-оф-искусство усилителей.
План центра является поиск аксионов тюнинг haloscope с частотой 1-10 ГГц, и спустя 10-25 ГГц, используя более мощный магнит с большого объема, реализации всех своих изобретений. Поиск аксионов продолжается без перерыва.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!