Teleskop Materi Gelap Partikel Astronomi

Kotak-kotak tersebut menunjukkan bagaimana superkluster galaksi dan filamen tumbuh dari waktu ke waktu, dari miliaran tahun setelah Big Bang hingga struktur saat ini. Kredit: Karya dimodifikasi oleh CXC / MPE / V. Springel

Penemuan Axion merupakan mata rantai utama dalam sejarah sains. Partikel hipotetis ini dapat memecahkan dua masalah fundamental fisika modern secara bersamaan: masalah muatan dan valensi dari interaksi yang kuat, dan teka-teki materi gelap. Namun, meskipun minat ilmiah besar untuk menemukannya, penelitian pada frekuensi radio tinggi – di atas 6 GHz – telah dikesampingkan karena kurangnya teknologi sensitivitas tinggi yang dapat dibangun dengan biaya terjangkau. Sampai sekarang.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) akan berpartisipasi dalam kerjasama internasional untuk mengembangkan DALI (Foton gelap dan Axion– partikel seperti tumpang tindihEksperimen Teleskop Partikel Astronomi Materi Gelap, yang tujuan ilmiahnya adalah mencari akson dan paraphoton dalam rentang 6 hingga 60 GHz. Prototipe, Proof of Concept, saat ini sedang dalam tahap desain dan pembuatan IAC. Itu Kertas putih Deskripsi eksperimen telah diterima untuk publikasi di Jurnal Kosmologi dan Astrofisika (JCAP).

Pada 1970-an, teori meramalkan bahwa akson adalah partikel hipotetis bermassa rendah yang akan berinteraksi lemah dengan partikel standar seperti nukleon dan elektron, serta dengan foton. Interaksi yang diusulkan ini telah dipelajari dalam upaya untuk mengungkapkan akson dengan berbagai jenis instrumen. Salah satu teknik yang menjanjikan adalah mempelajari interaksi akson dengan foton standar.

Akson “bercampur” dengan foton di bawah pengaruh medan magnet eksternal yang kuat, seperti yang dihasilkan oleh magnet superkonduktor dalam detektor partikel atau yang digunakan dalam diagnostik medis resonansi magnetik, dan menghasilkan sinyal radio atau gelombang mikro yang lemah. Sinyal ini telah diteliti dalam berbagai eksperimen sejak akhir 1980-an, dan ini hanyalah sinyal yang ingin kami deteksi sekarang dengan DALI, meskipun ada seperangkat parameter baru yang hampir tidak ditemukan, yang akan tersedia untuk yang pertama. waktu berkat eksperimen ini, jelas Javier de Miguel, peneliti IAC dan penulis pertama studi tersebut.

Detektor koaksial pertama, diproduksi pada 1980-an dan 1990-an, menggunakan rongga resonan, di dalam super-magnet, yang memperkuat sinyal gelombang mikro lemah yang diharapkan dari sumbu, dalam upaya untuk menyesuaikannya ke dalam jangkauan daya yang dapat dideteksi oleh ilmuwan ilmiah. instrumen. Sayangnya, ukuran lubang berbanding terbalik dengan frekuensi pemindaian, dan untuk sumbu lumen terlalu kecil untuk diproduksi untuk frekuensi yang lebih besar dari sekitar 6 GHz.

Untuk alasan ini, eksperimen baru ini menggabungkan teknologi pemindaian frekuensi tinggi yang paling menjanjikan, dan menggabungkannya ke dalam desain praktis yang juga menambah kemampuan detektor partikel astronomi materi gelap koaksial. Dengan cara ini, DALI menyertakan magnet superkonduktor yang kuat, detektor axion dengan resonator baru untuk membuat sinyal lemah yang diinduksi oleh akson dapat dideteksi, dan ultrasimulator untuk memungkinkannya memindai objek dan area di langit untuk mencari materi gelap.

Dengan cara ini, DALI dapat membantu menemukan akson, partikel semu di alam yang mirip dengan Higgs boson, yang ditemukan pada tahun 2012 di CERN, Dan kandidat materi gelap yang menjanjikan. Materi gelap adalah komponen fundamental alam semesta yang berinteraksi sangat lemah dengan materi biasa, dan karenanya sangat sulit dideteksi secara langsung, tetapi penemuannya akan memungkinkan kita untuk menjelaskan kurva rotasi galaksi spiral, dan mengapa strukturnya berada dalam galaksi spiral. Alam semesta berevolusi dengan cara yang sejauh ini berkembang, di antara misteri lainnya.

Referensi: “Penelusuran Teleskop Materi Gelap dalam Rentang 6 hingga 60 GHz” oleh Javier de Miguel, 28 April 2021 Jurnal Kosmologi dan Astrofisika.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075