Tundlikku uut viisi osakeste interaktsioonide tuvastamiseks laboris on esimest korda kasutatud aksioonide, tumeaine hüpoteetilise vormi, otsimiseks. Nn spin-põhist võimendit kasutades õnnestus rahvusvahelisel füüsikute meeskonnal piirata aksiooni massi prognoositud "teljeaknas" 0.01 meV kuni 1 meV, ületades sellega lõhe varasemate laboratoorsete otsingute ja astrofüüsikaliste vaatluste vahel.
Aksioonid püstitati esmakordselt 1970. aastatel, et selgitada väljapaistvat füüsikamõistatust, mida tuntakse laengu-pariteedi probleemina. Teooria kohaselt oleks neid pärast Suurt Pauku toodetud ohtralt ning need peaksid olema nii laenguta kui ka palju vähem massiivsed kui elektronid, mis tähendab, et nad suhtleksid aine ja elektromagnetkiirgusega väga nõrgalt. See muudab nad populaarseks tumeaine kandidaadiks – salapäraseks aineks, mis näib moodustavat suurema osa universumi ainest ja mõjutab suurte objektide, näiteks galaktikate gravitatsiooniomadusi.
Eksootiline dipool-dipool interaktsioon
Uus aksiooniotsingu meetod kasutab ära täiendavat ennustust aksiooni käitumise kohta: kui fermionid (osakesed, millel on pooltäisarvuline spin) vahetavad aksione, peaksid nad tekitama eksootilise dipool-dipooli interaktsiooni, mida saaks põhimõtteliselt laboris tuvastada. Viimases uuringus on meeskond eesotsas Xinhua Peng Euroopa Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikool, koos teadlastega eesotsas Dmitri Budker alates Helmholtzi Instituut, Johannes Gutenbergi Ülikool, Mainz, Saksamaaja UC Berkeley USA-s, ühendas suure polariseeritud rubiidium-87 ansambli (87Rb) aatomid (elektronide spinnide allikas) polariseeritud kseoon-129-ga (129Xe) tuuma pöörleb, et otsida tõendeid selle interaktsiooni kohta.
Tuuma spinnid toimivad võimendina nõrkadele pseudomagnetväljadele, mida võivad tekitada elektronid vahetades aksione, ja katsed näitasid, et see spin-põhine võimendi võib väliseid magnetvälju suurendada rohkem kui 40 korda. otsinud selle välja mõõtmise kaudu,” selgitab Peng. "Selleks, et otsida aksioone massidega 0.01 meV kuni 1 meV, reguleerime kaugust 129Xe spin-põhine võimendi ja Rb spin-allikas sentimeetri skaalal.
See tehnika võimaldas teadlastel piirata aksionimassi 0.03 meV-lt 1 meV-le, mis jääb mitme teooria, sealhulgas kõrgtemperatuurse võre QCD, standardmudeli Axion Seesaw Higgsi portaali inflatsiooni (SMASH) mudeli ja aksioonstringi võrkude ennustatud vahemikku. . "Siiani otsisid olemasolevad laboratoorsed otsingud (näiteks õõnsuskatsed nagu ADMX) ja astrofüüsikalised vaatlused (näiteks SN1987A, valged kääbused ja kerasparved) enamasti aksioone, mille massid jäid sellest aknast väljas (erandiks on ORGANi eksperiment aastal). Lääne-Austraalia),“ räägib Peng Füüsika maailm. "Meie tulemus ulatub aksioon-akna parameetriruumi, täiendades olemasolevaid astrofüüsikalisi ja laboratoorseid uuringuid võimalike standardmudeli laienduste kohta."
Eksperimentaalse tundlikkuse parandamine
Peng ütleb, et seda tehnikat võib veelgi laiendada, et otsida palju erinevaid hüpoteetilisi osakesi peale osakeste füüsika standardmudeli, nagu Z-bosonid ja tumedad footonid. "Meie tehnikaga saame näiteks otsida laia valikut eksootilisi interaktsioone, mida vahendavad uued osakesed, näiteks parafotoni poolt vahendatud interaktsioonid, mille vastav otsingutundlikkus peaks olema palju suurusjärgus parem kui olemasolevad piirangud, " ütleb Peng. "Lisaks saame otse otsida aksionilaadset galaktilist tumeainet, mis võiks nukleoniga siduda, võimaldades tundlikkust, mis ületab varasemad laboratoorsed piirid mitme suurusjärgu võrra ja isegi rohkem kui astrofüüsikaliste vaatlustega."
Pigistatud valgus suurendab tumeaine aksioonide otsimist
Vahepeal kirjeldavad teadlased oma tööd üksikasjalikult Physical Review Letters, ütlevad, et nad püüavad veelgi parandada oma tehnika tundlikkust eksootiliste koostoimete suhtes. Näiteks võimendi kasutamine, mis põhineb 3Nad ütlevad, et elektronide spinnid või tahkis-spinniallikad, nagu optiliselt pumbatud pentatseeni kristallid, võivad aidata seda saavutada.
