Telescopio astronomico della materia oscura delle particelle

I riquadri mostrano come i superammassi galattici ei filamenti crescono nel tempo, da miliardi di anni dopo il Big Bang alle strutture attuali. Credito: opera modificata di CXC / MPE / V. Springel

La scoperta dell’assione segna un anello importante nella storia della scienza. Questa ipotetica particella potrebbe risolvere due problemi fondamentali della fisica moderna contemporaneamente: il problema di carica e valenza di una forte interazione e il puzzle della materia oscura. Tuttavia, nonostante il grande interesse scientifico nel trovarlo, la ricerca alle alte frequenze radio – sopra i 6 GHz – è stata quasi lasciata da parte a causa della mancanza di tecnologia ad alta sensibilità che può essere costruita a un costo accessibile. Finora.

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) parteciperà a una cooperazione internazionale per sviluppare DALI (Fotoni scuri e Axion– particella come sovrapposizioneThe Dark Matter Astronomical Particle Telescope Experiment, il cui obiettivo scientifico è la ricerca di assoni e parafotoni nella gamma da 6 a 60 GHz. Il prototipo, Proof of Concept, è attualmente in fase di progettazione e produzione di IAC. Il fogli bianchi La descrizione dell’esperimento è stata accettata per la pubblicazione in Journal of Cosmology and Astrophysics (JCAP).

Negli anni ’70, la teoria prevedeva che l’assione fosse un’ipotetica particella di piccola massa che interagisce debolmente con particelle standard come nucleoni ed elettroni, nonché con i fotoni. Queste interazioni proposte sono state studiate nel tentativo di rivelare assoni con diversi tipi di strumenti. Una tecnica promettente è studiare l’interazione degli assoni con i fotoni standard.

Gli assoni si “mescolano” con i fotoni sotto l’influenza di un forte campo magnetico esterno, come quelli prodotti dai magneti superconduttori nei rivelatori di particelle o quelli usati nella diagnostica medica della risonanza magnetica, e producono un debole segnale radio o microonde. Questo segnale è stato studiato in una serie di esperimenti dalla fine degli anni ’80, ed è solo il segnale che vogliamo rilevare ora con DALI, sebbene esista una nuova serie di parametri quasi sconosciuta, che sarà disponibile per il prima volta grazie a questo esperimento, spiega Javier De Miguel, ricercatore IAC e primo autore dello studio.

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I primi rivelatori coassiali, fabbricati negli anni ’80 e ’90, utilizzavano una cavità risonante, all’interno di un supermagnet, che amplificava il debole segnale a microonde atteso dall’asse, nel tentativo di adattarlo a un intervallo di potenza che potesse essere rilevato da strumenti scientifici. Sfortunatamente, la dimensione del foro è inversamente proporzionale alla frequenza di scansione e per l’assione i lumen erano troppo piccoli per essere fabbricati per frequenze maggiori di circa 6 GHz.

Per questo motivo, il nuovo esperimento combina la più promettente tecnologia di scansione ad alta frequenza e la incorpora in un design pratico che si aggiunge anche alla capacità dei rivelatori di particelle astronomiche coassiali di materia oscura. In questo modo, DALI include un potente magnete superconduttore, un rilevatore di assioni con un nuovo risonatore per rendere rilevabile il segnale debole indotto dagli assoni e un ultrasimulatore per consentirgli di scansionare oggetti e aree del cielo alla ricerca di materia oscura.

In questo modo, DALI potrebbe aiutare a scoprire l’assone, una pseudo-particella di natura simile a quella del bosone di Higgs, scoperto nel 2012 in CERN, E un promettente candidato alla materia oscura. La materia oscura è una componente fondamentale dell’universo che interagisce molto debolmente con la materia ordinaria, e quindi molto difficile da rilevare direttamente, ma la sua scoperta ci permetterà di spiegare le curve di rotazione delle galassie a spirale e perché la struttura è in galassie a spirale. L’universo si è evoluto come ha fatto finora, tra gli altri misteri.

Riferimento: “The Dark Matter Telescope Examining the Range 6 to 60 GHz” di Javier de Miguel, 28 aprile 2021, Journal of Cosmology and Astrophysics.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075

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