تم استخدام طريقة جديدة حساسة للكشف عن تفاعلات الجسيمات في المختبر لأول مرة للبحث عن الأكسيونات ، وهو شكل افتراضي للمادة المظلمة. باستخدام ما يسمى بالمضخم القائم على الدوران ، نجح فريق دولي من الفيزيائيين في تقييد كتلة الأكسيون داخل "نافذة الأكسيون" المتوقعة من 0.01 مي فولت إلى 1 ميغاواط ، وبالتالي سد الفجوة بين عمليات البحث المختبرية السابقة والملاحظات الفيزيائية الفلكية.
تم افتراض نظرية الأكسيونات لأول مرة في السبعينيات كطريقة لشرح لغز بارز في الفيزياء يُعرف بمشكلة تكافؤ الشحنة. وفقًا للنظرية ، كان من الممكن إنتاجها بكثرة بعد الانفجار العظيم ، ويجب أن تكون خالية من الشحن وأقل كتلة بكثير من الإلكترونات ، مما يعني أنها ستتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة والإشعاع الكهرومغناطيسي. هذا يجعلها مرشحًا شائعًا للمادة المظلمة ، وهي مادة غامضة يبدو أنها تشكل معظم مادة الكون وتؤثر على خصائص الجاذبية للأجسام الكبيرة مثل المجرات.
تفاعل ثنائي القطب غريب
تستفيد طريقة بحث الأكسيون الجديدة من تنبؤ إضافي حول سلوك الأكسيون: عندما تتبادل الفيرميونات (الجسيمات ذات الدوران نصف الصحيح) المحاور ، يجب أن تنتج تفاعلًا غريبًا ثنائي القطب ثنائي القطب يمكن ، من حيث المبدأ ، اكتشافه في المختبر. في الدراسة الأخيرة ، قام فريق بقيادة شينخوا بينغ ل جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصينجنبا إلى جنب مع الباحثين بقيادة ديمتري بودكر من معهد هيلمهولتز ، جامعة يوهانس جوتنبرج ، ماينز ، ألمانياو جامعة كاليفورنيا في بيركلي في الولايات المتحدة، جمعت مجموعة كبيرة من روبيديوم 87 المستقطب (87Rb) ذرات (مصدر لدوران الإلكترون) ذات الاستقطاب xeon-129 (129Xe) يدور نوويًا للبحث عن دليل على هذا التفاعل.
تعمل الدورات النووية كمضخم للحقول المغناطيسية الزائفة الضعيفة التي يمكن إنشاؤها بواسطة الإلكترونات التي تتبادل المحاور ، وأظهرت التجارب أن هذا المضخم القائم على الدوران يمكن أن يعزز المجالات المغناطيسية الخارجية بعامل يزيد عن 40. "يمكن أن تكون المحاور بعد ذلك بحثت من خلال قياس هذا المجال ، "يشرح بينج. "للبحث عن المحاور ذات الكتل داخل نافذة المحور التي تبلغ 0.01 مي فولت إلى 1 ميغاواط ، نقوم بتعديل المسافة 129مضخم Xe القائم على الدوران ومصدر الدوران Rb إلى مقياس السنتيمتر. "
سمحت هذه التقنية للباحثين بتقييد كتلة الأكسيونات من 0.03 ميغا فولت إلى 1 ميلي فولت ، والتي تقع في النطاق الذي تنبأت به العديد من النظريات ، بما في ذلك شبكة QCD ذات درجة الحرارة العالية ، ونموذج تضخم البوابة (SMASH) القياسي من Axion Seesaw Higgs وشبكات سلسلة المحاور. . "حتى الآن ، كانت عمليات البحث المختبرية الحالية (على سبيل المثال ، تجارب التجاويف مثل ADMX) والملاحظات الفيزيائية الفلكية (على سبيل المثال SN1987A والأقزام البيضاء والعناقيد الكروية) تبحث في الغالب عن المحاور ذات الكتل خارج هذه النافذة (باستثناء تجربة ORGAN في أستراليا الغربية) "، يقول بينغ عالم الفيزياء. "تصل نتيجتنا إلى مساحة معلمة نافذة الأكسيون ، لتكمل الدراسات الفيزيائية الفلكية والمختبرية الحالية حول امتدادات النموذج القياسي المحتملة."
تحسين الحساسية التجريبية
يقول بينج إن هذه التقنية قد يتم توسيعها أكثر للبحث عن مجموعة متنوعة من الجسيمات الافتراضية تتجاوز النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، مثل بوزونات Z والفوتونات المظلمة. يقول بينج: "باستخدام أسلوبنا ، على سبيل المثال ، يمكننا البحث عن مجموعة واسعة من التفاعلات الغريبة التي تتوسطها جسيمات جديدة ، مثل التفاعلات التي تتم بوساطة البارافوتون ، والتي يجب أن تكون حساسية البحث المقابلة لها أفضل بكثير من القيود الحالية". "بالإضافة إلى ذلك ، يمكننا البحث بشكل مباشر عن المادة المظلمة الشبيهة بالأكسيونات والتي يمكن أن تقترن بالنيكلون ، مما يسمح بالحساسية التي تتجاوز حدود المختبر السابقة بعدة أوامر من حيث الحجم وحتى تتجاوز تلك التي تم الحصول عليها من خلال الملاحظات الفيزيائية الفلكية."
يعزز الضوء المنضغط البحث عن أكسيونات المادة المظلمة
في هذه الأثناء ، قام الباحثون بالتفصيل في عملهم استعراض للحروف البدنية، يقولون إنهم سيحاولون تحسين حساسية أسلوبهم للتفاعلات الغريبة. على سبيل المثال ، باستخدام مكبر للصوت على أساس 3يدور الإلكترون أو مصادر الدوران الصلبة مثل بلورات البنتاسين التي يتم ضخها بصريًا يمكن أن تساعد في تحقيق ذلك ، كما يقولون.
