प्रयोगशाला में कण अंतःक्रियाओं का पता लगाने का एक संवेदनशील नया तरीका पहली बार अक्षतंतु की खोज के लिए इस्तेमाल किया गया है, जो काले पदार्थ का एक काल्पनिक रूप है। तथाकथित स्पिन-आधारित एम्पलीफायर का उपयोग करते हुए, भौतिकविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने 0.01 meV से 1 meV की अनुमानित "अक्षीय खिड़की" के भीतर अक्षतंतु द्रव्यमान को बाधित करने में सफलता प्राप्त की, जिससे पिछली प्रयोगशाला खोजों और खगोल भौतिकी टिप्पणियों के बीच की खाई को पाट दिया गया।
आवेश-समता समस्या के रूप में जानी जाने वाली भौतिकी में एक उत्कृष्ट पहेली को समझाने के तरीके के रूप में पहली बार एक्सियन की परिकल्पना 1970 के दशक में की गई थी। सिद्धांत के अनुसार, वे बिग बैंग के बाद प्रचुर मात्रा में उत्पन्न हुए होंगे, और दोनों चार्ज रहित और इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत कम बड़े पैमाने पर होने चाहिए, जिसका अर्थ है कि वे पदार्थ और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ बहुत कमजोर रूप से बातचीत करेंगे। यह उन्हें डार्क मैटर के लिए एक लोकप्रिय उम्मीदवार बनाता है, एक रहस्यमय पदार्थ जो ब्रह्मांड के अधिकांश मामले को बनाता है और आकाशगंगाओं जैसी बड़ी वस्तुओं के गुरुत्वाकर्षण गुणों को प्रभावित करता है।
विदेशी द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया
नई एक्सियन खोज विधि एक्सियन व्यवहार के बारे में एक और भविष्यवाणी का लाभ उठाती है: जब फ़र्मियन (आधा-पूर्णांक स्पिन वाले कण) एक्सियन का आदान-प्रदान करते हैं, तो उन्हें एक विदेशी द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया का उत्पादन करना चाहिए, जो सिद्धांत रूप में, प्रयोगशाला में पता लगाया जा सकता है। नवीनतम अध्ययन में, के नेतृत्व में एक टीम सिन्हुआ पेंग का चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय, के नेतृत्व में शोधकर्ताओं के साथ दिमित्री बुडकर से हेल्महोल्ट्ज़ संस्थान, जोहान्स गुटेनबर्ग विश्वविद्यालय, मेंज़, जर्मनी, तथा अमेरिका में यूसी बर्कले, ध्रुवीकृत रूबिडियम -87 का एक बड़ा पहनावा (87Rb) परमाणु (इलेक्ट्रॉन स्पिन का एक स्रोत) ध्रुवीकृत xeon-129 के साथ (129Xe) इस अंतःक्रिया के साक्ष्य की तलाश के लिए परमाणु चक्कर लगाते हैं।
परमाणु स्पिन कमजोर छद्म-चुंबकीय क्षेत्रों के लिए एक एम्पलीफायर के रूप में कार्य करते हैं जो इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न हो सकते हैं, और प्रयोगों से पता चला है कि यह स्पिन-आधारित एम्पलीफायर बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों को 40 से अधिक के कारक से बढ़ा सकता है। "अक्ष तब हो सकते हैं इस क्षेत्र को मापने के माध्यम से खोजा," पेंग बताते हैं। "0.01 meV से 1 meV की एक्सियन विंडो के भीतर द्रव्यमान वाले अक्षों की खोज करने के लिए, हम दूरी को समायोजित करते हैं 129Xe स्पिन-आधारित एम्पलीफायर और सेंटीमीटर पैमाने पर Rb स्पिन स्रोत।"
तकनीक ने शोधकर्ताओं को एक्सियन द्रव्यमान को 0.03 meV से 1 meV तक सीमित करने की अनुमति दी, जो उच्च तापमान जाली QCD, मानक मॉडल Axion Seesaw Higgs पोर्टल मुद्रास्फीति (SMASH) मॉडल और एक्सियन स्ट्रिंग नेटवर्क सहित कई सिद्धांतों द्वारा अनुमानित सीमा में निहित है। . "अब तक, मौजूदा प्रयोगशाला खोज (उदाहरण के लिए, एडीएमएक्स जैसे गुहा प्रयोग) और खगोल भौतिकी अवलोकन (उदाहरण के लिए, एसएन1987ए, सफेद बौने, और गोलाकार क्लस्टर) ज्यादातर इस खिड़की के बाहर द्रव्यमान वाले अक्षों की खोज करते थे (ऑर्गन प्रयोग के अपवाद के साथ में पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया),," पेंग बताता है भौतिकी की दुनिया. "हमारा परिणाम संभावित मानक-मॉडल एक्सटेंशन पर मौजूदा एस्ट्रोफिजिकल और प्रयोगशाला अध्ययनों को पूरक करते हुए, एक्सियन-विंडो पैरामीटर स्पेस में पहुंचता है।"
प्रयोगात्मक संवेदनशीलता में सुधार
पेंग का कहना है कि कण भौतिकी के मानक मॉडल, जैसे जेड 'बोसोन और डार्क फोटॉन से परे विभिन्न प्रकार के काल्पनिक कणों की खोज के लिए तकनीक को और बढ़ाया जा सकता है। "हमारी तकनीक के साथ, उदाहरण के लिए, हम नए कणों द्वारा मध्यस्थता वाले विदेशी इंटरैक्शन की एक विस्तृत श्रृंखला की खोज कर सकते हैं, जैसे कि पैराफोटॉन-मध्यस्थता इंटरैक्शन, जिनकी संबंधित खोज संवेदनशीलता मौजूदा बाधाओं से बेहतर परिमाण के कई आदेश होनी चाहिए," पेंग कहते हैं। "इसके अलावा, हम सीधे अक्ष की तरह गांगेय काले पदार्थ की खोज कर सकते हैं जो न्यूक्लियॉन के साथ जुड़ सकता है, एक संवेदनशीलता के लिए अनुमति देता है जो परिमाण के कई आदेशों और यहां तक कि खगोल भौतिकी टिप्पणियों द्वारा प्राप्त की गई सीमाओं से परे है।"
निचोड़ा हुआ प्रकाश डार्क मैटर अक्षों की खोज को बढ़ाता है
इस बीच, शोधकर्ता, जो अपने काम को विस्तार से बताते हैं फिजिकल रिव्यू लेटर्स, कहते हैं कि वे विदेशी बातचीत के लिए अपनी तकनीक की संवेदनशीलता को और बेहतर बनाने का प्रयास करेंगे। उदाहरण के लिए, पर आधारित एम्पलीफायर का उपयोग करना 3वे कहते हैं कि इलेक्ट्रॉन स्पिन या सॉलिड-स्टेट स्पिन स्रोत जैसे कि वैकल्पिक रूप से पंप किए गए पेंटासीन क्रिस्टल इसे हासिल करने में मदद कर सकते हैं, वे कहते हैं।
