Un telescop cu astro-particule pentru materia întunecată

Căsuțele arată modul în care filamentele și superagregatele de galaxie se dezvoltă în timp, miliarde de ani după Big Bang până la structurile actuale. Credit: Editarea lucrării de către CXC / MPE / V. Springel

Detectarea axionului ar marca un episod cheie în istoria științei. Această particulă ipotetică ar putea rezolva în același timp două probleme fundamentale ale fizicii moderne: problema sarcinii și a parității în interacțiunea puternică și misterul materiei întunecate. Cu toate acestea, în ciuda marelui interes științific pentru cercetarea sa, cercetarea la frecvențe radio ridicate – peste 6 GHz – a fost aproape exclusă din lipsa unei tehnologii de înaltă sensibilitate care ar putea fi construită la un cost rezonabil. Până acum.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) va participa la o colaborare internațională pentru dezvoltarea DALI (Fotoni întunecați și Axion-Ca un interferometru de particule), un telescop astroparticular pentru materie întunecată al cărui obiectiv științific este căutarea axiilor și parafotonilor în banda de 6 până la 60 GHz. Prototipul, o dovadă a conceptului, se află în prezent în faza de proiectare și fabricație la IAC. hartie alba descrierea experimentului a fost acceptată spre publicare în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).

Prezisă de teorie în anii 1970, axiunea este o particulă ipotetică cu masă mică, care interacționează slab cu particule standard, cum ar fi nucleoni și electroni, precum și cu fotoni. Aceste interacțiuni propuse sunt studiate în încercarea de a detecta axiunea cu diferite tipuri de instrumente. O tehnică promițătoare este studierea interacțiunii axiilor cu fotonii standard.

„Axiunile se amestecă cu fotoni sub acțiunea unui câmp magnetic extern puternic, cum ar fi cele produse de magneții supraconductori în detectoarele de particule sau cele utilizate pentru diagnostic medical prin rezonanță magnetică și produc un semnal radio slab sau un cuptor cu microunde. Acest semnal a fost căutat într-o varietate de experimente de la sfârșitul anilor ’80 și este doar semnalul pe care dorim să îl detectăm acum cu DALI, deși într-o gamă nouă, aproape neexplorată de parametri, care va fi accesibilă pentru prima dată. timp datorită acestei experiențe ”, explică Javier De Miguel, cercetător la IAC și primul autor al studiului.

READ  Un meteorit „curcubeu” descoperit în Costa Rica ar putea conține „cărămizi ale vieții”

Primii detectori de axion, realizați în anii 80 și 90, au folosit o cavitate rezonantă care, în interiorul unui super magnet, a amplificat semnalul slab de microunde prezis de axion, încercând să-l aducă într-un interval de putere detectabil de instrumentele științifice. Din păcate, dimensiunea cavității este invers proporțională cu frecvența de scanare, iar pentru axion caviile erau prea mici pentru a fi făcute pentru frecvențe peste aproximativ 6 GHz.

Din acest motiv, noul experiment reunește cele mai promițătoare tehnici de scanare de înaltă frecvență și îl include într-un design practic la care se adaugă și capacitatea detectoarelor de astro-particule pentru materia întunecată axionică. În acest fel, DALI include un magnet puternic supraconductor, un detector de axe cu un nou rezonator pentru a face detectabil semnalul slab cauzat de axii și o montură altazimut care îi permite să scaneze obiecte și regiuni ale cerului în căutarea materiei întunecate.

În acest fel, DALI ar putea ajuta la detectarea axionului, o particulă pseudo-scalară asemănătoare cu cea a bosonului Higgs, descoperită în 2012 în CERN, și un candidat promițător pentru materia întunecată. Materia întunecată este un constituent fundamental al Universului care interacționează foarte slab cu materia obișnuită și, prin urmare, foarte dificil de detectat direct, dar descoperirea căreia ne-ar permite să explicăm curbele de rotație ale galaxiilor spirale și de ce formarea structurii în Universul s-a dezvoltat așa cum sa făcut până acum, printre alte mistere.

Referință: „Un telescop cu materie întunecată care sondează banda de la 6 la 60 GHz” de Javier De Miguel, 28 aprilie 2021, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075

READ  Cenușa lui Scott Trek din Star Trek se află la bordul Stației Spațiale Internaționale

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *