用42年前預測,現在發現的軸子,或將能「聽到」暗物質

天空之城 2020/09/13 檢舉

斯德哥爾摩大學和馬克斯·普朗克物理研究所的物理學家們已經轉向等離子體,這項提議可能會徹底改變對難以捉摸的暗物質研究。暗物質約占宇宙物質的85%,最初引入軸子是為了解釋為什麼將質子和中子聚集在一起的強力在時間上是相同的,所謂的軸子將為暗物質提供一個自然解釋。而不是離散的粒子,軸子暗物質將形成一種在空間中流動無處不在的波。

軸子是暗物質的最佳解釋之一,但直到現在才成為大規模實驗的焦點。現在,人們急於想出新的方法,在所有可能隱藏軸子的區域找到軸子。找到軸子有點像調諧收音機:必須調諧天線,直到找到正確的頻率。而不是音樂,實驗者將得到的獎勵是「聽到」地球正在穿越的暗物質。斯德哥爾摩大學物理系的Alexander Millar博士說:

儘管想法良好,但軸子在合著者Frank Wilczek命名後的30年中一直被實驗忽視,其研究發表在《物理評論快報》上。研究小組的新研究關鍵見解是,在磁場中,軸子會產生一個小電場,可以用來驅動等離子體中的振盪。在等離子體中,電子等帶電粒子可以作為流體自由流動。這些振盪放大信號,能產生更好的「軸子無線電」。

與基於諧振腔的傳統實驗不同,這些等離子體的大小幾乎沒有限制,因此提供了更大的信號。這個區別有點像對講機和廣播發射塔之間的區別。研究作者斯、德哥爾摩大學物理系博士後馬修·勞森博士說:沒有冷等離子體,軸子無法有效地轉化為光。等離子體扮演著雙重角色,既創造了一個能有效轉化的環境,又提供了一個共振等離子體激元來收集轉化暗物質的能量。

這完全是一種尋找暗物質的新方法,並將幫助我們在完全未被探索領域中尋找暗物質的最佳候選者之一。建立可調諧的等離子體將使科學家能夠進行比傳統技術更大的實驗,在高頻下發出更強的信號。為了調諧這種「軸子無線電」,研究人員建議使用一種叫做「導線超材料」的東西,一種比頭髮更細的導線系統,可以移動來改變等離子體的特徵頻率。

在一塊大而強大的磁鐵內,類似於醫院磁共振成像機中使用的磁鐵,一種導線超材料變成了非常敏感的軸子無線電。在與研究人員的密切合作下,伯克利的一個實驗小組一直在研究和開發這一概念,目的是在不久的將來建立這樣一個實驗。等離子體光暈望遠鏡是在這個參數空間中尋找軸子為數不多的想法之一。實驗界如此迅速地掌握了這個想法,對於建立一個完整的實驗來說,非常令人興奮和充滿希望。

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