暗物质实验中没有发现轴的证据

甄亮娴
导读来自麻省理工学院和其他地方的物理学家进行了第一个检测轴的新实验——假设的粒子被预测为宇宙中最轻的粒子之一。如果它们存在,那么轴线几

来自麻省理工学院和其他地方的物理学家进行了第一个检测轴的新实验——假设的粒子被预测为宇宙中最轻的粒子之一。如果它们存在,那么轴线几乎是看不见的,但却是不可避免的;它们能以暗物质的形式构成宇宙近85%的质量。

轴是特别不寻常的,因为它们有望在某种程度上改变电和磁的规则。在发表于《物理评论快报》的论文中,麻省理工学院领导的研究小组报告说,在第一个月的观察中,实验没有发现质量范围为0.31至8.3纳伏的轴的任何迹象。这意味着质量范围内的轴,大约相当于质子质量的一个数量级,要么不存在,要么它们对电和磁的影响比之前认为的要小。

“这是第一次有人直接看到这个空间,”该实验的首席研究员、麻省理工学院物理学教授Jerrold R. Zacharias的职业发展助理教授Lindley Winslow说。“我们很高兴我们现在可以说,‘我们有办法看到这里,我们知道如何做得更好!’"

温斯洛在麻省理工学院的合著者包括乔纳森韦莱(Jonathan Ouellet)、恰拉萨利米(Chiara Salemi)、扎卡里博戈拉德(Zachary Bogorad)、珍妮特康拉德(Janet Conrad)、约瑟夫福马吉奥(Joseph Formaggio)、约瑟夫米内尔维尼(Joseph Minervini)、阿列克谢拉多温斯基(Alexey Radovinsky)、杰西泰勒(Jesse Thaler)和丹尼尔温克勒纳(Daniel Winklehner),以及来自其他八个机构的研究人员。

磁星和芒奇金

虽然它们被认为无处不在,但预计轴几乎就像一个幽灵,与宇宙中的其他物质只有微小的相互作用。

“作为暗物质,它们不应该影响你的日常生活,”温斯洛说。“但它们被认为会影响宇宙学中的事情,例如宇宙的膨胀和我们在夜空中看到的星系的形成。”

由于它们与电磁的相互作用,理论轴在磁化器周围有着令人惊讶的行为——中子星可以产生巨大的磁场。如果有轴,它们可以利用磁星的磁场将自己转换成无线电波,这种无线电波可以被地球上的特殊望远镜探测到。

2016年,麻省理工学院的三位理论家进行了一项思想实验,检测磁力激发的轴。这个实验叫做ABRACADABRA,用于一种宽带/共振宇宙轴探测方法,有一个放大B场环的装置。它是由泰勒构思的,泰勒是物理学副教授,是核科学实验室的研究员,也是理论物理的中心。麻省理工学院帕帕拉多的研究员本杰明萨夫迪和前研究生约纳坦卡恩。

该团队提出了一个小型环形磁铁的设计,它被保存在温度略高于绝对零度的冰箱中。如果没有轴,甜甜圈的中心应该没有磁场,或者像温斯洛说的“芒奇金应该在哪里?”然而,如果有轴,探测器应该“看到”中间的磁场。甜甜圈

在该小组发表了他们的理论设计后,实验学家温斯洛开始寻找实际构建实验的方法。

温斯洛说,“我们想寻找一个轴的信号。如果我们看到它,它就是真正的轴。”“这就是这个实验的优雅之处。从技术上来说,如果你看到这个磁场,它只能是一个轴,因为他们想到的特殊几何。

在一个甜蜜的地方。

这是一个具有挑战性的实验,因为预期的信号小于20阿托特斯拉。作为参考,地球磁场是30微特斯拉,人的脑电波是1微特斯拉。在构建实验时,Winslow和她的同事不得不面对两个主要的设计挑战。第一个涉及到用于保持整个实验超高温的冰箱。冰箱包括一个机械泵系统,它的活动可能会产生非常轻微的振动,温斯洛担心这可能会掩盖轴信号。

第二个挑战与环境噪音有关,比如附近的电台,整栋楼的电子设备的开关,甚至电脑和电子设备上的LED灯,都可能产生竞争磁场。

该团队通过悬挂整个设备并使用像牙线一样细的线解决了第一个问题。第二个问题通过在实验外部周围结合冷超导屏蔽和热屏蔽来解决。

“我们终于可以得到数据,有一个我们高于冰箱振动、低于邻居可能传来的环境噪音的甜蜜区域,在那里我们可以进行实验。”

研究人员首先进行了一系列测试,以确认实验正在进行,并准确显示磁场。最重要的测试是注入一个磁场模拟假轴,看到实验的探测器产生预期的信号——表明如果真轴与实验相互作用,就会被探测到。现在实验准备好了。

“如果你通过一个音频程序获得数据并运行它,你可以听到冰箱发出的声音,”温斯洛说。“我们还看到隔壁做事情的时候有其他噪音开了又关,然后噪音就消失了。当我们看到这个最佳点时,它会保持在一起,我们可以了解探测器是如何工作的,它会变得足够安静,可以听到轴的声音。”

见群。

2018年,该团队推出了ABRACAD。

ABRA的首次试运行,在7月至8月期间不断取样。在分析了这一时期的数据后,他们发现在0.31至8.3纳米电子伏特的质量范围内没有证据表明存在超过一百亿分之一的电力和磁力。

该实验旨在检测甚至更小质量的轴,低至约1 femtoelectronvolts,以及大至1微电子伏特的轴。

该团队将继续运行当前的实验,这个实验大约相当于篮球的大小,以寻找更小更弱的轴。与此同时,温斯洛正在研究如何将实验扩展到紧凑型汽车的尺寸 - 尺寸可以检测甚至更弱的轴。

“在实验的下一阶段,很有可能发现重大发现,”温斯洛说。“激励我们的是有可能看到会改变这个领域的东西。这是高风险,高回报的物理学。“

标签:

免责声明:本文由用户自主上传,版权归原作者所有,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与本网联系,我们将及时更正、删除,谢谢您的支持与理解。

上一篇通过iPhone和MacBook上运行的2016版Doom来展示

下一篇PayPal为创业蓝图计划增加了一个新的加速器孵化器Braintree功能