Международное исследовательское сообщество объединилось в разработке эксперимента DALI (Dark-photons & Axion-Like particle Interferometer) — телескопа с астрочастицами для темной материи, научной целью которого является поиск аксионов и парафотонов в диапазоне от 6 до 60 ГГц. Прототип, подтверждающий концепцию, в настоящее время находится на стадии проектирования и изготовления.
Обнаружение аксиона станет ключевым эпизодом в истории физики. Эта гипотетическая частица могла бы решить две фундаментальные проблемы одновременно: проблему заряда и четности в сильном взаимодействии и загадку темной материи. Несмотря на высокий научный интерес к его поиску, поиск на высоких радиочастотах выше 6 ГГц был почти оставлен в стороне из-за отсутствия технологии высокой чувствительности и ее возможной цены.
Предсказанный теорией 1970-х годов, аксион — это гипотетическая частица с малой массой, которая слабо взаимодействует со стандартными частицами: такими, как нуклоны и электроны, а также с фотонами. Эти предлагаемые взаимодействия изучаются, чтобы попытаться обнаружить аксион с помощью различных типов инструментов. Один из многообещающих методов — изучение взаимодействия аксионов со стандартными фотонами.
Аксионы смешиваются с фотонами под действием сильного внешнего магнитного поля — такого, как те, которые создаются сверхпроводящими магнитами в детекторах частиц или используются для медицинской диагностики с помощью магнитного резонанса и создают слабый радио- или микроволновый сигнал.
Первые детекторы аксионов, сделанные в 80-х и 90-х годах, использовали резонансную полость, которая внутри супермагнита усиливала слабый микроволновый сигнал, предсказываемый аксионом, пытаясь довести его до диапазона мощности, обнаруживаемого научными инструментами. К сожалению, размер резонатора обратно пропорционален частоте сканирования, а для аксиона резонаторы были слишком малы, чтобы их можно было сделать для частот выше 6 ГГц.
По этой причине новый эксперимент объединяет наиболее многообещающие методы сканирования на высоких частотах и включает их в практическую разработку, к которой также добавлены возможности детекторов астрочастиц для аксионной темной материи. Таким образом, DALI включает в себя мощный сверхпроводящий магнит, аксионный детектор с новым резонатором, позволяющий обнаруживать слабый сигнал, вызванный аксионами, и альтазимутальное крепление, позволяющее сканировать объекты и области в небе в поисках темной материи.
DALI может помочь в обнаружении аксиона, псевдоскалярной частицы, природа которой аналогична природе бозона Хиггса, открытого в 2012 году в ЦЕРНе, и многообещающего кандидата на темную материю. Темная материя является фундаментальной составляющей Вселенной, которая очень слабо взаимодействует с обычной материей, поэтому ее очень трудно обнаружить напрямую, но открытие которой позволило бы нам объяснить кривые вращения спиральных галактик и почему Вселенная развивалась так же, как и до сих пор, среди прочих загадок.
Читать также
Ученые придумали способ переработки батареек без дробления и плавления.
Илон Маск: первые туристы на Марс погибнут.
Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?