Tin tức Vũ trụ TV

‘Pizza’ có thể giúp giải đáp bí ẩn vật chất tối?

Ngày:
Th12 15, 2020
Tóm lược:

Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một kính hiển vi đa ô mới (‘hốc bánh pizza’) sẽ mở rộng dải tìm kiếm theo trục đến các vùng có tần số cao hơn.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Mặc dù khối lượng nhỏ bé vô cùng của nó, sự tồn tại của trục, một khi đã được chứng minh, có thể chỉ ra một vật lý mới ngoài Mô hình Chuẩn. Được sinh ra để giải thích vấn đề đối xứng cơ bản trong lực hạt nhân mạnh liên quan đến sự mất cân bằng vật chất-phản vật chất trong Vũ trụ của chúng ta, hạt giả thuyết này cũng trở thành một ứng cử viên vật chất tối hấp dẫn. Mặc dù axion sẽ tồn tại với số lượng đủ lớn để có thể tính khối lượng “mất tích” từ Vũ trụ, việc tìm kiếm vật chất tối này vẫn còn khá nhiều thách thức cho đến nay.

Các nhà khoa học tin rằng khi một sợi trục tương tác với từ trường, năng lượng của nó sẽ được chuyển đổi thành một photon. Photon thu được dự kiến ​​sẽ ở đâu đó trong dải tần số vi sóng. Với hy vọng trúng đúng trục, các nhà thực nghiệm sử dụng máy dò vi sóng, máy soi buồng trứng. Có một bộ cộng hưởng hình trụ được đặt trong một điện từ, từ trường lấp đầy khoang này sẽ tăng cường tín hiệu. Kính haloscope cũng cho phép các nhà khoa học liên tục điều chỉnh tần số cộng hưởng của khoang. Tuy nhiên, thử nghiệm tìm kiếm axion nhạy cảm nhất, Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) tại Đại học Washington đã tìm kiếm các vùng tần số thấp, dưới 1 GHz, vì việc quét các vùng tần số cao hơn yêu cầu bán kính khoang nhỏ hơn, dẫn đến giảm thể tích đáng kể và do đó ít tín hiệu hơn.

Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ YOUN SungWoo đứng đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Axion và Vật lý Chính xác (CAPP) thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) ở Hàn Quốc đã phát triển một thiết kế khoang nhiều ô mới lạ, được gọi là “khoang bánh pizza. ” Giống như pizza được cắt thành nhiều lát, nhiều vách ngăn theo chiều dọc chia thể tích khoang thành các phần (ô) giống hệt nhau. Hầu như không bị mất âm lượng, kính hiển thị đa ô này cho phép đầu ra có ý nghĩa của quá trình quét vùng tần số cao. Mặc dù đã có những nỗ lực để nhóm các khoang nhỏ hơn lại với nhau và kết hợp các tín hiệu riêng lẻ với tất cả các khoang được điều chỉnh ở cùng một tần số, nhưng thiết lập phức tạp và cơ chế khớp tần số không tầm thường của nó đã là điểm nghẽn. “

Hình 1. Các thiết kế khoang với các phần bên trong khác nhau.
(Trái sang phải) ① một khoang lớn, ② một khoang nhỏ, ③ nhiều khoang nhỏ ④ khoang nhiều tế bào (khoang pizza) ⑤ khoang nhiều tế bào có khoảng trống
Hình 1. Các thiết kế khoang với các phần bên trong khác nhau.
(Trái sang phải) ① một khoang lớn, ② một khoang nhỏ, ③ nhiều khoang nhỏ ④ khoang nhiều tế bào (khoang pizza) ⑤ khoang nhiều tế bào có khoảng trống
Hình 2. Hình cắt ngang của các hốc đa ô (ô kép, ô bốn và ô tám) với sự phân bố dự kiến ​​của điện trường cảm ứng axion (từ mô phỏng).
Hình 2. Hình cắt ngang của các hốc đa ô (ô kép, ô bốn và ô tám) với sự phân bố dự kiến ​​của điện trường cảm ứng axion (từ mô phỏng).

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng khoang đa ô có thể phát hiện các tín hiệu tần số cao với hiệu quả và độ tin cậy được cải thiện. Trong một thử nghiệm sử dụng nam châm siêu dẫn 9T ở nhiệt độ 2 kelvin (-271 ° C), nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng quét dải tần số> 200 MHz trên 3 GHz, là vùng cao hơn 4 ~ 5 lần so với dải tần của ADMX. độ nhạy cao hơn với các mô hình lý thuyết so với các kết quả trước đó do các thí nghiệm khác thực hiện. Ngoài ra, thiết kế khoang mới này cho phép các nhà nghiên cứu khám phá một dải tần số nhất định nhanh hơn bốn lần so với một thí nghiệm thông thường. “Hoàn thành công việc nhanh hơn bốn lần.” Tiến sĩ Youn nói đùa thêm, “Sử dụng thiết kế khoang nhiều ô này, sinh viên Tiến sĩ của chúng tôi có thể tốt nghiệp nhanh hơn so với những sinh viên trong các phòng thí nghiệm khác.”

Điều làm cho thiết kế nhiều ô này hoạt động đơn giản là khoảng cách giữa các phân vùng ở giữa. Khi tất cả các ô được kết nối theo không gian, một ăng-ten duy nhất sẽ thu tín hiệu từ toàn bộ âm lượng. Tiến sĩ Youn cho biết: “Là một người tiết kiệm bánh pizza giữ cho các lát bánh pizza nguyên vẹn với lớp phủ ban đầu của nó, khoảng cách giữa các tế bào sẽ giúp các tế bào hoạt động tốt. Ăng-ten đơn cũng cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá liệu các trường điện từ cảm ứng axion có được phân bố đều khắp khoang hay không, điều này được coi là rất quan trọng để đạt được âm lượng hiệu dụng tối đa. “Tuy nhiên, sự thiếu chính xác và sai lệch trong cấu tạo khoang có thể cản trở độ nhạy. Vì vậy, thiết kế nhiều ô này cho phép giảm bớt nó bằng cách điều chỉnh kích thước của khoảng trống ở giữa, không để lại khối lượng nào bị lãng phí.”

Những nỗ lực trong suốt hai năm của nhóm nghiên cứu đã dẫn đến một thiết kế tối ưu cho việc tìm kiếm vật chất tối trục trong các vùng tần số cao được tìm kiếm từ lâu. Nhóm nghiên cứu đang tìm cách kết hợp một số khoang đa ô vào các hệ thống hiện có tại CAPP để mở rộng dải tìm kiếm theo trục tới các vùng có tần số cao hơn so với hiện tại đã được khám phá.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Viện Khoa học Cơ bản cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Junu Jeong, SungWoo Youn, Sungjae Bae, Jihngeun Kim, Taehyeon Seong, Jihn E. Kim, Yannis K. Semertzidis. Tìm kiếm Vật chất Tối Axion Vô hình bằng Kính Haloscope Nhiều Tế bào . Các Thư Đánh giá Vật lý , 2020; 125 (22) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.221302

Bài viết liên quan

Bài viết mới