DALI:用于寻找暗物质的天文粒子望远镜

据外媒报道,轴子的发现将标志着科学史上的一个关键事件。这个假设的粒子可以同时解决现代物理学的两个基本问题:强相互作用中的Charge and Parity问题以及暗物质之谜。然而尽管人们对寻找它有着很高的科学兴趣,但由于缺乏以合理成本建造的高灵敏度技术,在高无线电频率(6 GHz以上)的搜寻工作几乎被搁置了--直到现在。

西班牙卡纳利天文物理研究所(IAC)将参与国际合作开发DALI(暗光子和类轴子粒子干涉仪)实验,这是一种用于暗物质的天体粒子望远镜,其科学目标是在6到60GHz频段中寻找轴子和副光子。IAC目前正在设计和制造原型。

根据20世纪70年代的理论预测,轴子是一种假设的低质量粒子,它跟标准粒子如原子核、电子以及光子相互作用很弱。这些提出的相互作用的研究,试图检测轴子与不同类型的仪器。一种有希望的技术是研究轴子跟标准光子的相互作用。

“轴子在外部强磁场的作用下跟光子‘混合’、产生微弱的无线电或微波信号,这种磁场是由粒子探测器中的超导磁体或用于磁共振医学诊断的磁体产生。这个信号自80年代结束后一直在寻找各种各样的实验,这就是我们想要使用DALI检测的信号,“IAC研究人员、这项研究的论文第一作者Javier De Miguel说道。

据了解,第一个轴子探测器是在80年代和90年代制造的,它使用了一个谐振腔,在超级磁铁内部放大了轴子预测到的微弱微波信号并试图把它带入科学仪器可检测到的功率范围。然而不幸的是,腔体的大小跟扫描频率成反比,对于轴子来说,腔体太小,无法制造出大于6 GHz的频率。

出于这个原因,新实验汇集了最有希望的高频扫描技术并将其纳入一个实用的设计中,同时还增加了用于轴子暗物质的天体粒子探测器的能力。通过这种方式,DALI包含了一个强大的超导磁体、一个带有新型谐振器的轴子探测器--从而使轴子引起的微弱信号可以被探测到--以及一个能让它扫描天空中天体和区域以寻找暗物质的地平装置。这样,DALI就可以帮助检测轴子了。

轴子是一种伪标量粒子,其性质跟2012年在欧洲核子研究中心(CERN)发现的希格斯玻色子类似,是一种很有希望的暗物质候选粒子。

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