Astronomisches Teleskop der Dunklen Materie

Die Kästchen zeigen, wie galaktische Supercluster und Filamente im Laufe der Zeit wachsen, von Milliarden Jahren nach dem Urknall bis hin zu heutigen Strukturen. Kredit: Von CXC / MPE / V. Springel modifizierte Arbeit

Die Entdeckung von Axion ist ein wichtiges Glied in der Geschichte der Wissenschaft. Dieses hypothetische Teilchen könnte gleichzeitig zwei grundlegende Probleme der modernen Physik lösen: das Ladungs- und Valenzproblem einer starken Wechselwirkung und das Rätsel der Dunklen Materie. Trotz des großen wissenschaftlichen Interesses daran wurde die Forschung bei hohen Funkfrequenzen – über 6 GHz – aufgrund des Mangels an hochempfindlicher Technologie, die zu erschwinglichen Kosten gebaut werden kann, außer Acht gelassen. bis jetzt.

Das Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) wird an einer internationalen Zusammenarbeit zur Entwicklung von DALI (Dunkle Photonen und Axion– partikelartige ÜberlappungDas astronomische Teilchen-Teleskopexperiment der Dunklen Materie, dessen wissenschaftliches Ziel die Suche nach Axonen und Paraphotonen im Bereich von 6 bis 60 GHz ist. Der Prototyp Proof of Concept befindet sich derzeit in der Entwurfs- und Fertigungsphase von IAC. Das weiße Papiere Die Beschreibung des Experiments wurde zur Veröffentlichung in angenommen Zeitschrift für Kosmologie und Astrophysik (JCAP).

In den 1970er Jahren sagte die Theorie voraus, dass Axon ein hypothetisches Teilchen mit geringer Masse ist, das schwach mit Standardteilchen wie Nukleonen und Elektronen sowie mit Photonen wechselwirkt. Diese vorgeschlagenen Wechselwirkungen wurden untersucht, um Axone mit verschiedenen Arten von Instrumenten aufzudecken. Eine vielversprechende Technik besteht darin, die Wechselwirkung von Axonen mit Standardphotonen zu untersuchen.

Axone “mischen” sich mit Photonen unter dem Einfluss eines starken externen Magnetfelds, wie sie von supraleitenden Magneten in Partikeldetektoren oder in der medizinischen Magnetresonanzdiagnostik erzeugt werden, und erzeugen ein schwaches Radio- oder Mikrowellensignal. Dieses Signal wurde seit Ende der 1980er Jahre in verschiedenen Experimenten untersucht. Es ist nur das Signal, das wir jetzt mit DALI erfassen möchten, obwohl es einen neuen, fast unentdeckten Parametersatz gibt, der zum ersten Mal verfügbar sein wird Zeit dank dieses Experiments, erklärt Javier de Miguel, IAC-Forscher und Erstautor der Studie.

Die ersten Koaxialdetektoren, die in den 1980er und 1990er Jahren hergestellt wurden, verwendeten einen Resonanzhohlraum in einem Supermagneten, der das von der Achse erwartete schwache Mikrowellensignal verstärkte, um es in einen Leistungsbereich zu bringen, der von Wissenschaftlern erfasst werden konnte Instrumente. Leider ist die Bohrungsgröße umgekehrt proportional zur Abtastfrequenz, und für das Axion waren die Lumen zu klein, um für Frequenzen größer als etwa 6 GHz hergestellt zu werden.

Aus diesem Grund kombiniert das neue Experiment die vielversprechendste Hochfrequenz-Scantechnologie und integriert sie in ein praktisches Design, das auch die Fähigkeit koaxialer astronomischer Partikeldetektoren für dunkle Materie erweitert. Auf diese Weise enthält DALI einen leistungsstarken supraleitenden Magneten, einen Axiondetektor mit einem neuen Resonator, um das von den Axonen induzierte schwache Signal nachweisbar zu machen, und einen Ultraschallgerät, mit dem Objekte und Bereiche am Himmel nach dunkler Materie durchsucht werden können.

Auf diese Weise könnte DALI helfen, das Axon zu entdecken, ein Pseudoteilchen in der Natur, das dem des Higgs-Bosons ähnelt, das 2012 in entdeckt wurde CERNUnd ein vielversprechender Kandidat für die Dunkle Materie. Dunkle Materie ist eine grundlegende Komponente des Universums, die sehr schwach mit gewöhnlicher Materie interagiert und daher sehr schwer direkt zu erkennen ist. Ihre Entdeckung wird es uns jedoch ermöglichen, die Rotationskurven von Spiralgalaxien zu erklären und zu erklären, warum sich die Struktur in Spiralgalaxien befindet. Das Universum hat sich unter anderem so entwickelt, wie es sich bisher entwickelt hat.

Referenz: “Suche nach Teleskopen der Dunklen Materie im Bereich von 6 bis 60 GHz” von Javier de Miguel, 28. April 2021 Zeitschrift für Kosmologie und Astrophysik.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075

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