El experimento BREAD rastrea fotones oscuros a nuevos niveles – Physics World

Un novedoso detector diseñado para buscar los llamados fotones "oscuros" ha impuesto limitaciones sin precedentes sobre dónde se puede encontrar este tipo de materia oscura. El detector utiliza una antena parabólica coaxial para atrapar y canalizar fotones, y sus desarrolladores con sede en Estados Unidos dicen que podría ampliarse fácilmente y hacerse más sensible en el futuro.

Las teorías físicas actuales sugieren que la materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo. Esta forma de materia pudo haber desempeñado un papel importante en la formación de galaxias gracias a su atracción gravitacional, pero todavía no hemos podido detectarla directamente. De hecho, los científicos no están seguros de qué forma podría adoptar la materia oscura, ni siquiera dónde buscarla exactamente. El enfoque principal implica el uso de detectores que buscan partículas con un rango específico de masas (o frecuencias) con la esperanza de que, incluso si no ven nada, al menos aprenderemos más sobre lo que no es la materia oscura.

Buscando un grupo más amplio de masas

Investigadores liderados por David Miller de las Universidad de Chicago y Andres Sonnenschein de las Laboratorio Nacional de Aceleradores de Fermi (Fermilab) Ahora han propuesto un enfoque ligeramente diferente que implica un detector que busca en un rango más amplio de masas, aunque con un poco menos de precisión. Conocido como el Experimento de reflector de banda ancha para la detección de axiones (BREAD), este experimento busca materia oscura en forma de partículas conocidas como axiones y fotones oscuros. Estas partículas son extremadamente ligeras y pueden convertirse en fotones visibles en determinadas circunstancias. Por ejemplo, cuando chocan contra una pared metálica, los fotones visibles se emiten en dirección perpendicular a la pared.

PAN consiste en un tubo cilíndrico de metal que atrapa y canaliza fotones oscuros, y la parte exterior de este tubo cilíndrico corresponde a la pared, explica un miembro del equipo. Stefan Knirck, físico del Fermilab. "Los fotones se enfocan en un pequeño punto detrás del cual se puede colocar un detector de luz o una antena para buscar una señal", explica. "En BREAD, la combinación de un reflector interior en forma de lágrima y el cilindro exterior se encarga del enfoque".

Muy alta sensibilidad en el rango de frecuencia elegido.

El equipo describe los resultados del experimento en su forma actual como "muy prometedores", señalando que muestra una sensibilidad muy alta en frecuencias de 10.7 a 12.5 GHz. En este rango, el detector excede las limitaciones existentes en un factor de ~100, lo que coloca el límite más estricto hasta el momento para los fotones oscuros en estas frecuencias.

El equipo de UChicago/Fermilab ahora está desarrollando la tecnología para hacerla más sensible y escalable. "En la actualidad, el experimento sólo es sensible a modelos de materia oscura bastante artificiales", afirma Knirck, "pero, en última instancia, el método podría permitirnos explorar otros modelos de axiones".

Para que el detector sea sensible a estas otras versiones axiónicas de la materia oscura, Knirck señala que él y sus colegas necesitarán añadir un campo magnético paralelo a la pared. Planean hacer esto colocando el instrumento en un imán solenoide de alto campo (multi-Tesla) a escala de un metro, y actualmente están realizando pruebas utilizando un imán 4T en el Laboratorio Nacional de Argonne.

"También estamos construyendo más prototipos que combinan el concepto con diferentes tecnologías cuánticas de vanguardia para que sean sensibles a partículas individuales de luz en el foco", dice Knirck. Mundo de la física. “En Fermilab esperamos recibir pronto un imán aún más potente que hará que nuestros experimentos sean mucho más sensibles. El objetivo a largo plazo es un programa experimental a gran escala con una instalación a escala de 10 metros dentro de un enorme imán”.

El estudio se publica en Physical Review Letters.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/bread-experiment-tracks-dark-photons-to-new-levels/