用新型多细胞腔体检漏镜寻找隐形轴突暗物质

在过去的几十年中，许多实验物理学家一直在探索称为轴的粒子的存在，这是由他们认为可以解释理论和描述基本对称性的实验之间的矛盾的特定机制导致的。这种对称性与宇宙中物质与物质的不平衡有关，反映在不同粒子之间的相互作用中。

如果这种机制发生在早期的宇宙中，那么这种粒子的质量可能很小并且是“不可见的。”随后，研究人员提出，轴突也可能是暗物质的一种有前途的候选者，暗物质是一种难以捉摸的，假设的物质，不发射，反射或吸收光。

虽然尚未通过实验观察到暗物质，但据信它占宇宙质量的85%。检测轴突可能对正在进行的暗物质实验具有重要意义，因为它可以增强对这些难以捉摸的粒子的当前理解。

基础科学研究所(IBS)的研究人员最近使用他们设计的多腔体腔镜(即观察光环，视差和其他类似物理现象的仪器)对隐形轴突暗物质进行了搜索。他们的结果与以前的基于悬臂式的轴距暗物质搜索相比，具有优势，突出了他们为暗物质搜索和其他物理学研究创建的仪器的潜力。

进行这项研究的研究人员之一SungWoo Youn对Phys.org表示：“轴突可以以微波光子的形式检测到，并在强磁场存在下被转化为轴突。” “通常使用放置在螺线管中的圆柱形谐振器来利用谐振来增强信号的腔内窥镜是探究公认的理论模型的最灵敏方法。”

尽管腔体检波镜可能是检测轴突的有前途的工具，但它们通常对相对较低的频率非常敏感。这主要是因为谐振频率与腔体半径成反比，从而减小了高频搜索的检测量。

这就是为什么迄今为止进行的最敏感的轴突搜索(即华盛顿大学的轴突暗物质实验(ADMC))将实验极限设置在1GHz以下的原因之一。避免这种体积损失的一种可能方法是将许多较小的腔捆绑在一起并组合单个信号，以确保所有频率和相位都同步。

尤恩说：“这种多腔系统早已提出，但由于影响系统操作的可靠性和复杂性而未能成功解决。” “由我本人领导的IBS轴力与精确物理研究中心(CAPP)的团队由我本人领导，位于韩国韩国科学技术高等研究院(KAIST)，因此开发了一种新颖的腔体设计，细胞腔。”

由扬和他的同事设计的腔体检眼镜的特点是有多个隔板，可将腔体的体积垂直地分成相同的单元。这种独特的设计以最小的体积损耗提高了谐振频率。研究人员还确保位于空腔中央的隔板之间被间隙隔开。

尤恩解释说：“通过使所有单元在空间上相连，我们的设计使单个天线可以从整个空间拾取信号，从而大大简化了接收器链的结构。” “最佳尺寸的间隙还允许轴突感应的信号均匀地分布在整个空间上，无论腔体构造中的加工公差和机械失误如何，最大化有效容积。我将这种腔体设计称为“比萨腔”，并将间隙与比萨饼保护器，可以使切片保持其原始馅料的完整性。”

研究人员用来进行实验的天文望远镜是基于模拟的大约两年研究的结果，然后制造了许多原型。在他们最近的研究中，它被用来利用9T超导磁体在2开尔文(-271°C)的温度下搜索轴突暗物质。这使研究人员能够快速扫描3 GHz以上200 MHz以上的频率范围，这是ADMX实验所覆盖范围的4到5倍。

尤恩说：“即使我们还没有观察到任何类似轴突的信号，我们也成功地证明了多细胞腔体能够以高性能和可靠性检测高频信号。” “我们还计算出，由于更大的体积和更高的效率，这种新的腔设计可使我们探索给定频率范围的速度比传统频率快4倍。我经常做出幽默而有意义的陈述：探索某物需要4年，我们的实验仅需1年。我们的博士学位 学生可以比其他人更快地毕业。”

尤恩和他的同事进行的研究证明了他们开发的比萨腔式天文望远镜的价值和潜力，这些天文望远镜可用于在高频区域进行隐形暗物质搜索。因此，将来它可以帮助寻找这种难以捉摸的物质，甚至有一天甚至可以对其进行检测。

Youn补充说：“目前，我们的中心还在通过将几个比萨饼腔嫁接到现有系统上以寻找更高频率的轴心进行实验的准备。”

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