Laboratuardaki parçacık etkileşimlerini algılamanın yeni ve hassas bir yolu, varsayımsal bir karanlık madde biçimi olan eksenleri aramak için ilk kez kullanıldı. Uluslararası bir fizikçi ekibi, spin tabanlı bir amplifikatör kullanarak, axion kütlesini 0.01 meV ila 1 meV olarak tahmin edilen "aksyon penceresi" içinde sınırlamayı başardı ve böylece önceki laboratuvar araştırmaları ile astrofiziksel gözlemler arasındaki boşluğu doldurdu.
Axions ilk olarak 1970'lerde, fizikte yük paritesi sorunu olarak bilinen olağanüstü bir bulmacayı açıklamanın bir yolu olarak varsayıldı. Teoriye göre, Big Bang'den sonra bol miktarda üretileceklerdi ve hem yüksüz hem de elektronlardan çok daha az kütleli olmalılar, yani madde ve elektromanyetik radyasyonla çok zayıf etkileşeceklerdi. Bu, onları evrendeki maddenin çoğunu oluşturan ve galaksiler gibi büyük nesnelerin yerçekimi özelliklerini etkileyen gizemli bir madde olan karanlık madde için popüler bir aday yapar.
Egzotik dipol-dipol etkileşimi
Yeni eksen arama yöntemi, eksen davranışı hakkında daha ileri bir tahminden yararlanır: fermiyonlar (yarım tamsayı dönüşlü parçacıklar) eksenleri değiştirdiğinde, prensipte laboratuvarda tespit edilebilecek egzotik bir dipol-dipol etkileşimi üretmelidirler. Son çalışmada, liderliğindeki bir ekip Xinhua Peng'i arasında Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesiliderliğindeki araştırmacılarla birlikte Dmitri Budker itibaren Helmholtz Enstitüsü, Johannes Gutenberg Üniversitesi, Mainz, Almanya, ve ABD'de UC Berkeley, büyük bir polarize rubidyum-87 grubunu birleştirdi (87Rb) polarize xeon-129 (129Xe) bu etkileşimin kanıtını aramak için nükleer spinler.
Nükleer spinler, elektronların eksenleri değiş tokuş etmesiyle üretilebilecek zayıf psödo-manyetik alanlar için bir yükseltici görevi görür ve deneyler, bu dönüşe dayalı yükselticinin harici manyetik alanları 40'tan fazla artırabileceğini gösterdi. bu alanı ölçerek arandı,” diye açıklıyor Peng. 0.01 meV ile 1 meV arasındaki eksen penceresi içinde kütleleri olan eksenleri aramak için mesafeyi ayarlıyoruz. 129Xe dönüş tabanlı amplifikatör ve santimetre ölçeğine göre Rb dönüş kaynağı.”
Teknik, araştırmacıların, yüksek sıcaklık kafesi QCD, Standart Model Axion Tahterevalli Higgs portal şişirme (SMASH) modeli ve eksen dizisi ağları dahil olmak üzere çeşitli teoriler tarafından öngörülen aralıkta yer alan 0.03 meV'den 1 meV'ye kadar eksen kütlesini sınırlamasına izin verdi. . "Şimdiye kadar, mevcut laboratuvar araştırmaları (örneğin, ADMX gibi boşluk deneyleri) ve astrofiziksel gözlemler (örneğin, SN1987A, beyaz cüceler ve Küresel Kümeler) çoğunlukla bu pencerenin dışındaki kütleleri olan eksenleri aradı (ORGAN deneyi hariç). Batı Avustralya)," diyor Peng Fizik dünyası. "Sonucumuz, potansiyel Standart Model uzantıları üzerindeki mevcut astrofizik ve laboratuvar çalışmalarını tamamlayarak, eksen-pencere parametre alanına ulaşıyor."
Deneysel duyarlılığın iyileştirilmesi
Peng, tekniğin Z' bozonları ve karanlık fotonlar gibi parçacık fiziğinin Standart Modelinin ötesinde çok çeşitli varsayımsal parçacıkları araştırmak için daha da genişletilebileceğini söylüyor. Peng, "Örneğin, tekniğimizle, karşılık gelen arama hassasiyeti mevcut kısıtlamalardan çok daha iyi olması gereken parafoton aracılı etkileşimler gibi yeni parçacıkların aracılık ettiği çok çeşitli egzotik etkileşimleri arayabiliriz" diyor. "Ayrıca, nükleonla birleşebilecek, önceki laboratuvar sınırlarını birkaç büyüklük derecesiyle aşan ve hatta astrofiziksel gözlemlerle elde edilenlerin bile ötesinde bir hassasiyete izin veren, aksyon benzeri galaktik karanlık maddeyi doğrudan arayabiliriz."
Sıkıştırılmış ışık, karanlık madde eksenlerinin aranmasını hızlandırır
Bu arada, çalışmalarını detaylandıran araştırmacılar, Physical Review Letters, tekniklerinin egzotik etkileşimlere duyarlılığını daha da geliştirmeye çalışacaklarını söylüyorlar. Örneğin, bir amplifikatör kullanarak 3Elektron dönüşleri veya optik olarak pompalanan pentasen kristalleri gibi katı hal dönüş kaynaklarının bunu başarmaya yardımcı olabileceğini söylüyorlar.
