تجربة BREAD تتعقب الفوتونات المظلمة إلى مستويات جديدة – عالم الفيزياء

وضع كاشف جديد مصمم للبحث عن ما يسمى بالفوتونات "المظلمة" قيودًا غير مسبوقة على المكان الذي يمكن أن يوجد فيه هذا النوع من المادة المظلمة. ويستخدم الكاشف هوائيًا متحد المحور لاحتجاز الفوتونات وتوجيهها، ويقول مطوروه المقيمون في الولايات المتحدة إنه يمكن بسهولة توسيع نطاقه وجعله أكثر حساسية في المستقبل.

تشير النظريات الفيزيائية الحالية إلى أن المادة المظلمة تشكل حوالي 85% من كتلة الكون. وربما لعب هذا الشكل من المادة دورًا مهمًا في تكوين المجرات بفضل جاذبيتها، لكننا لم نتمكن من اكتشافه بشكل مباشر حتى الآن. في الواقع، العلماء ليسوا متأكدين من الشكل الذي قد تتخذه المادة المظلمة، أو حتى أين يجب البحث عنها بالتحديد. يتضمن النهج الرئيسي استخدام أجهزة الكشف التي تبحث عن جسيمات ذات نطاق محدد من الكتل (أو الترددات) على أمل أنه حتى لو لم يروا شيئًا، فسوف نتعلم على الأقل المزيد حول ماهية المادة المظلمة.

البحث في نطاق أوسع من الجماهير

الباحثون بقيادة ديفيد ميلر ل جامعة شيكاغو و أندرو سونينشاين ل مختبر فيرمي الوطني للتسريع (فيرميلاب) لقد طرحوا الآن نهجًا مختلفًا قليلًا يتضمن كاشفًا يبحث في نطاق أوسع من الكتل، وإن كان بدقة أقل قليلًا. معروف ب تجربة عاكس النطاق العريض للكشف عن الأكسيونات (BREAD)تبحث هذه التجربة عن المادة المظلمة على شكل جسيمات تعرف باسم الأكسيونات والفوتونات المظلمة. هذه الجسيمات خفيفة للغاية ويمكن تحويلها إلى فوتونات مرئية في ظل ظروف معينة. على سبيل المثال، عندما تصطدم بجدار معدني، تنبعث الفوتونات المرئية في اتجاه عمودي على الجدار.

يتكون الخبز من أنبوب معدني أسطواني يحبس ويمرر الفوتونات الداكنة، ويتوافق الجزء الخارجي من هذا الأنبوب الأسطواني مع الجدار، كما يوضح عضو الفريق ستيفان كنيرك، عالم فيزياء في فيرميلاب. ويوضح قائلاً: "تتركز الفوتونات على نقطة صغيرة يمكنك وضع كاشف الضوء أو الهوائي خلفها للبحث عن إشارة". "في BREAD، يتولى الجمع بين العاكس الداخلي على شكل دمعة والأسطوانة الخارجية عملية التركيز."

حساسية عالية جدًا في نطاق التردد المختار

ويصف الفريق نتائج التجربة بشكلها الحالي بأنها “واعدة للغاية”، مشيرًا إلى أنها تظهر حساسية عالية جدًا عند الترددات من 10.7 إلى 12.5 جيجا هرتز. في هذا النطاق، يتجاوز الكاشف القيود الحالية بعامل يصل إلى 100 تقريبًا، مما يضع الحد الأكثر صرامة حتى الآن على الفوتونات المظلمة عند هذه الترددات.

ويعمل فريق UChicago/Fermilab الآن على تطوير التكنولوجيا لجعلها أكثر حساسية وقابلة للتطوير. يقول كنيرك: "في الوقت الحاضر، التجربة حساسة فقط لنماذج المادة المظلمة، ولكن في النهاية، قد تمكننا هذه الطريقة من استكشاف نماذج أكسيونات أخرى".

ولجعل الكاشف حساسًا لهذه الإصدارات الأكسيونية الأخرى من المادة المظلمة، يشير كنيرك إلى أنه وزملاؤه سيحتاجون إلى إضافة مجال مغناطيسي موازٍ للجدار. يخططون للقيام بذلك عن طريق وضع الأداة في مغناطيس ذو ملف لولبي عالي المجال (متعدد تسلا) على نطاق متر، ويقومون حاليًا بإجراء تجارب باستخدام مغناطيس 4T في مختبر أرجون الوطني.

يقول نيكرك: "إننا نقوم أيضًا ببناء المزيد من النماذج الأولية التي تجمع بين هذا المفهوم وتكنولوجيا الكم المتطورة المختلفة لتكون حساسة لجسيمات الضوء الفردية عند التركيز". عالم الفيزياء. "في فيرميلاب نتوقع قريبًا أن نحصل على مغناطيس أكثر قوة مما سيجعل تجاربنا أكثر حساسية. الهدف على المدى الطويل هو برنامج تجريبي واسع النطاق مع إعداد على مقياس 10 أمتار داخل مغناطيس ضخم.

ونشرت الدراسة في استعراض للحروف البدنية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/bread-experiment-tracks-dark-photons-to-new-levels/