Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một con đường mới để tìm kiếm axion – một loại hạt giả định là một trong những ứng cử viên của các hạt vật chất tối. Nhóm thường thực hiện các phép đo chính xác cực cao về các đặc tính cơ bản của phản vật chất bị mắc kẹt đã lần đầu tiên sử dụng hệ thống phát hiện phản proton đơn siêu dẫn siêu nhạy trong thí nghiệm bẫy Penning tiên tiến của họ làm ăng ten vật chất tối nhạy.
Các nhà nghiên cứu từ sự hợp tác quốc tế BASE tại CERN, Thụy Sĩ, do Phòng thí nghiệm Đối xứng Cơ bản RIKEN dẫn đầu, đã phát hiện ra một con đường mới để tìm kiếm axion – một hạt giả định là một trong những ứng cử viên của các hạt vật chất tối. Nhóm, thường thực hiện các phép đo chính xác cực cao về các đặc tính cơ bản của phản vật chất bị mắc kẹt, đã lần đầu tiên sử dụng hệ thống phát hiện phản proton đơn siêu dẫn siêu nhạy trong thí nghiệm bẫy Penning tiên tiến của họ như một ăng ten vật chất tối nhạy.
Nếu hiểu biết hiện tại của chúng ta về vũ trụ học là đúng, thì vật chất “hữu hình” thông thường chỉ chiếm 5% tổng hàm lượng năng lượng của vũ trụ. 26% khác được cho là một chất bí ẩn được gọi là “vật chất tối lạnh”. Vì “vật chất tối” giả thuyết này không tương tác mạnh với vật chất thông thường nên nó cực kỳ khó phát hiện và kết quả là người ta vẫn chưa hiểu được các đặc tính vi mô chính xác của nó. Một khả năng là “vật chất tối” là một loại hạt mới, được gọi là axion. Trên thực tế, có một số chương trình vật lý toàn cầu đang săn lùng các “trục” hoặc “hạt giống trục” vật chất tối bằng cách sử dụng các loại máy dò rất khác nhau.
Nếu tồn tại axion và các hạt vật chất tối giống axion (ALP), chúng sẽ dao động trong thiên hà ở các tần số đặc trưng được xác định bởi khối lượng của chúng. Trong từ trường mạnh, chẳng hạn như từ trường có trong các thí nghiệm bẫy Penning, các hạt có thể chuyển đổi thành các photon tương tác điện từ. Giống như một nhạc sĩ đánh vào dây nhạc cụ của họ, các ALP được chuyển đổi sau đó sẽ kích thích các bộ cộng hưởng phát hiện của máy dò hạt đơn nhạy cảm khiến chúng dội lại, cho phép phát hiện “âm thanh” vật chất tối.
Nhờ độ nhạy cực cao của các máy dò phản proton đơn được sử dụng trong thí nghiệm BASE, các nhà nghiên cứu đã có thể thiết lập các giới hạn mới trong phòng thí nghiệm về sự kết hợp của các hạt giống axion và photon. Mặc dù không phát hiện được tín hiệu do ALP gây ra, nhưng giới hạn ghép nối giữa trục với photon đạt được tương tự như giới hạn thu được từ các tìm kiếm vật lý thiên văn và tạo thành, trong một phạm vi khối lượng hẹp, giới hạn tốt nhất trong phòng thí nghiệm cho đến nay. Sự kết hợp giữa Penning-trap và các phương pháp phát hiện hạt đơn còn cho phép hiệu chuẩn mức nhiễu của máy dò bằng phương pháp đo nhiệt lượng tử một hạt, một phương pháp thanh lịch có thể cung cấp hiệu chuẩn không phụ thuộc vào mô hình của các giới hạn ghép nối. Ngoài ra, con đường mới được phát hiện này là sử dụng các thí nghiệm bẫy Penning chính xác làm máy dò axion có tiềm năng được mở rộng cho các thí nghiệm bẫy khác và để tính được các giới hạn ghép nối axion-photon trong phạm vi khối lượng rộng hơn nhiều. Theo Stefan Ulmer, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Đối xứng Cơ bản, “Với một thí nghiệm được xây dựng có mục đích, kết hợp các công nghệ sẵn có với từ trường cao hơn và nhiệt độ đầu dò thấp hơn, chúng tôi lạc quan rằng ít nhất chúng tôi sẽ có thể cải thiện các giới hạn hệ số 100 và với những phát triển đang diễn ra, chúng tôi có thể cải thiện băng thông phát hiện hiện tại ít nhất là hệ số 3.000. “
Nguồn truyện:
Vật liệu do RIKEN cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :