ダークマターラジオは、ダークフォトンを見つけるのに役立ちます

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ビデオ: アクシオンと暗黒物質の問題|フランク・ウィルチェック教授 2022, 十一月
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Anonim
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デバイスは、厚さ2 mmのニオブシールドに配置され、冷却されると超伝導状態になります。

スタンフォード大学とSLAC国立加速器研究所の実験者グループが、暗黒物質の波を検出するように設計されたプロトタイプデバイスを開発しました。このデバイスは、ラジオ受信機の原理で動作し、小さな質量の暗黒物質粒子、主にいわゆる暗黒光子とアクシオンを検索することを目的としています。開発はSymmetryMagazineによって報告されています。

暗黒物質は未知の性質の目に見えない物質であり、銀河のスケールでの重力相互作用によってのみ現れます。現代の概念によれば、宇宙の暗黒物質の総質量は通常の物質の質量の5倍です。科学者たちは、特別な検出器を使用して仮想の暗黒物質粒子を捕らえようとしていますが、これまでのところ役に立ちません。

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開発したデバイスの外観

既存のすべての検出器は、暗黒物質粒子と検出器粒子のまれな衝突を検出することを期待して構築されています。このため、検出器の作動物質の体積をできるだけ大きくするようにしています。ただし、このアプローチは、暗い粒子の質量が十分に大きく、ノイズの背景に対して衝突を検出するのに十分なエネルギーがある場合にのみ機能します。

著者が「暗黒物質の放射能」と呼んでいる新しい装置の動作原理は、粒子と波動の二元論の現象に基づいています。これは、すべての素粒子も波動特性を示すという、私たちの世界の基本的な特性です。たとえば、光子は光の粒子ですが、光子の流れは通常電磁波として認識されます。その周波数に応じて、光、マイクロ波放射、無線信号などになります。しかし、光子は依然として粒子であることがわかっています。なぜなら、光子が検出器に当たると、空間や時間に「汚れた」ものではなく、常に1回の明確なクリックが発生するからです。

開発されたデバイスは、暗黒物質粒子の2つの特定の候補、つまり暗黒光子とアクシオンを検索します。ダークフォトンは、私たちによく知られているフォトンの架空の類似物ですが、いわゆるダークまたは隠された粒子セクターに属しています。これは、素粒子の標準モデルの多数の拡張に現れる粒子のグループです。アクシオンも暗いセクターからの架空の粒子であり、強い磁場の存在下で光子に変わり、元に戻る可能性があります。

それまでは、誰も真剣に暗い光子の探索に携わっていなかったので、デバイスの作者はこの分野のパイオニアになるでしょう。アクシオンはすでに他の方法で検索しようとしましたが、実験者はその可能なパラメータの未踏の領域を閉じることを望んでいます。

著者らは、その動作原理が従来のラジオの動作原理と類似しているため、デバイスを「ラジオ受信機」と呼んでいます。アンテナを使用して電波を捕捉し、キャプチャした信号を音声に変換します。同時に、リスナーはあるラジオ局から別のラジオ局に切り替えて、内部に配置された電気回路の形で特別な電磁共振器のパラメータを変更することができます。この共振器には特定の共振周波数があり、無線はこの共振の周波数に等しい無線信号の周波数をキャッチします。 「暗黒物質のラジオ」もある意味で同じように機能します。その中心的な要素は、調整可能な共振周波数を持つ電気回路でもあります。等高線の周波数が暗黒物質波の周波数と一致する場合、電流振動が等高線で発生する可能性があり、これを検出することができます。

科学者は、暗黒物質からの強い信号が存在する周波数を探して、ラジオの周波数をゆっくりと調整します。ただし、共鳴中でも暗黒物質からの信号は弱いと予想されるため(そうでなければずっと前に検出されていたはずです)、検出器の感度を上げるために、超伝導量子干渉デバイス(SQUID)として知られる特殊な磁力計が使用されます。 、ノイズレベルが非常に低いアンプに接続されます。

最終的に、ラジオは数TeVから数MeVの質量の粒子を検出できるようになります(eVは電子ボルトであり、素粒子の質量を測定するのが通例の単位です。たとえば、電子の質量は約0.5MeVであり、陽子の質量は約1 GeV)..。ただし、問題は、このために、キロヘルツからギガヘルツまでの周波数、つまり無線通信に積極的に使用されている範囲で作業する必要があることです。したがって、スプリアス干渉から保護するために、レシーバーは数メートルの銅の下または超電導シールドの後ろに隠されます。

他の検出器と比較した開発されたデバイスの利点の1つは、宇宙線から隠されたり、地下数百メートルに埋もれたりする必要がないことです。このデバイスは、大学の研究室に配置することもできます。

科学者たちは現在、比較的狭い範囲の周波数しかスキャンできない小さなプロトタイプをテストしています。ただし、しばらくするとフルサイズのデバイスが2台設置される予定です。それらはスタンフォード大学とSLACに配置されます。

Artem Korzhimanov

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