Τηλεσκόπιο αστρονομικού σωματιδίου σκοτεινού υλικού

Η ανακάλυψη του axion σηματοδοτεί έναν σημαντικό σύνδεσμο στην ιστορία της επιστήμης. Αυτό το υποθετικό σωματίδιο θα μπορούσε να λύσει ταυτόχρονα δύο θεμελιώδη προβλήματα της σύγχρονης φυσικής: το πρόβλημα φόρτισης και σθένους μιας ισχυρής αλληλεπίδρασης και το παζλ της σκοτεινής ύλης. Ωστόσο, παρά το μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον για την εύρεση του, η έρευνα σε υψηλές ραδιοσυχνότητες – άνω των 6 GHz – παραμερίστηκε λόγω της έλλειψης μιας εξαιρετικά ευαίσθητης τεχνολογίας που μπορεί να κατασκευαστεί με προσιτό κόστος. Μέχρι τώρα.

Το Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) θα συμμετάσχει σε μια διεθνή συνεργασία για την ανάπτυξη του DALI (Σκούρα φωτόνια και Άξιον– σωματίδια όπως επικάλυψηΤο πείραμα αστρονομικού τηλεσκοπίου σωματιδίων Dark Matter, του οποίου ο επιστημονικός στόχος είναι η αναζήτηση αξόνων και παραφοτονίων στην περιοχή 6 έως 60 GHz. Το πρωτότυπο, Proof of Concept, βρίσκεται επί του παρόντος στο στάδιο σχεδιασμού και κατασκευής του IAC. ο άσπρα χαρτιά Η περιγραφή του πειράματος έγινε αποδεκτή για δημοσίευση στο Περιοδικό Κοσμολογίας και Αστροφυσικής (JCAP).

Τη δεκαετία του 1970, η θεωρία προέβλεπε ότι ο άξονας ήταν ένα υποθετικό σωματίδιο χαμηλής μάζας που θα αλληλεπιδρούσε ασθενώς με τα τυπικά σωματίδια όπως τα νουκλεόνια και τα ηλεκτρόνια, καθώς και με τα φωτόνια. Αυτές οι προτεινόμενες αλληλεπιδράσεις έχουν μελετηθεί σε μια προσπάθεια ανίχνευσης αξόνων με διαφορετικούς τύπους οργάνων. Μια πολλά υποσχόμενη τεχνική είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης των αξόνων με τα τυπικά φωτόνια.

Τα άξονες «αναμιγνύονται» με φωτόνια υπό την επίδραση ενός ισχυρού εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, όπως αυτά που παράγονται από υπεραγωγούς μαγνήτες σε ανιχνευτές σωματιδίων ή εκείνους που χρησιμοποιούνται σε ιατρικά διαγνωστικά μαγνητικού συντονισμού και παράγουν ένα ασθενές σήμα ραδιοφώνου ή μικροκυμάτων. Αυτό το σήμα έχει ερευνηθεί σε μια ποικιλία πειραμάτων από τα τέλη της δεκαετίας του 1980 και είναι μόνο το σήμα που θέλουμε να ανιχνεύσουμε τώρα με το DALI, αν και υπάρχει ένα νέο, σχεδόν μη ανακαλυφθέν σύνολο παραμέτρων, το οποίο θα είναι διαθέσιμο για την πρώτη Χρόνος χάρη σε αυτό το πείραμα, εξηγεί ο Javier de Miguel, ερευνητής IAC και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

Οι πρώτοι ομοαξονικοί ανιχνευτές, που κατασκευάστηκαν στη δεκαετία του 1980 και του 1990, χρησιμοποίησαν μια συντονισμένη κοιλότητα, μέσα σε έναν υπερ-μαγνήτη, που ενίσχυσε το ασθενές σήμα μικροκυμάτων που αναμένεται από τον άξονα, σε μια προσπάθεια να το τοποθετήσει σε ένα εύρος ισχύος που θα μπορούσε να ανιχνευθεί από επιστημονικούς όργανα. Δυστυχώς, το μέγεθος της οπής είναι αντιστρόφως ανάλογο με τη συχνότητα σάρωσης και για τον άξονα οι αυλοί ήταν πολύ μικροί για να κατασκευαστούν για συχνότητες μεγαλύτερες από περίπου 6 GHz.

Για το λόγο αυτό, το νέο πείραμα συνδυάζει την πιο πολλά υποσχόμενη τεχνολογία σάρωσης υψηλής συχνότητας και την ενσωματώνει σε έναν πρακτικό σχεδιασμό που προσθέτει επίσης στην ικανότητα των ομοαξονικών αστρονομικών ανιχνευτών σωματιδίων. Με αυτόν τον τρόπο, το DALI περιλαμβάνει έναν ισχυρό υπεραγωγό μαγνήτη, έναν ανιχνευτή άξονα με έναν νέο αντηχείο για να κάνει το αδύναμο σήμα που προκαλείται από τους άξονες να ανιχνεύεται και έναν υπεραισθητοποιητή που του επιτρέπει να ανιχνεύει αντικείμενα και περιοχές στον ουρανό για σκοτεινή ύλη.

Με αυτόν τον τρόπο, το DALI θα μπορούσε να βοηθήσει να ανακαλύψει τον άξονα, ένα ψευδο-σωματίδιο στη φύση παρόμοιο με εκείνο του Higgs boson, το οποίο ανακαλύφθηκε το 2012 το CERNΚαι υποσχόμενος υποψήφιος για σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι ένα θεμελιώδες συστατικό του σύμπαντος που αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με τη συνηθισμένη ύλη, και ως εκ τούτου είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί άμεσα, αλλά η ανακάλυψή του θα μας επιτρέψει να εξηγήσουμε τις καμπύλες περιστροφής των σπειροειδών γαλαξιών και γιατί η δομή βρίσκεται σε σπειροειδείς γαλαξίες. Το σύμπαν εξελίχθηκε με τον τρόπο που έχει εξελιχθεί μέχρι στιγμής, μεταξύ άλλων μυστηρίων.

Αναφορά: “Το σκοτεινό τηλεσκόπιο που εξετάζει το εύρος 6 έως 60 GHz” από τον Javier de Miguel, 28 Απριλίου 2021 Περιοδικό Κοσμολογίας και Αστροφυσικής.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/75