Fundet en måde at søge efter aksioner, der overvinder kvantesvingninger

Et team af forskere brugte en innovativ teknik kaldet "kvantekomprimering" til betydeligt

fremskynde søgningen efter én mørk stofkandidat i laboratoriet. Resultater offentliggjort i tidsskriftetNatur, rør utroligt let og stilleuopdaget partikelaktion. Ifølge teorien er aksioner sandsynligvis milliarder eller billioner gange mindre end elektroner og kan være skabt i enorme antal under Big Bang. Disse egenskaber er nok til potentielt at forklare eksistensen af ​​mørkt stof.

At finde denne lovende partikel er dog alter som at kigge efter en kvantenål ​​i en stor høstak. Og alligevel er hurtige fremskridt i denne proces mulig. Forskere på et projekt kaldet Haloscope at Yale Sensitive To Axion Cold Dark Matter (HAYSTAC) rapporterer, at de har forbedret deres jagteffektivitet ved at overvinde en grundlæggende hindring pålagt af termodynamikens love. Forskergruppen inkluderer forskere fra University of Colorado i Boulder og National Institute of Standards and Technology (NIST).

HAYSTAC - en sensor designet til søgningeraksionisk mørkt stof. Det blev udviklet af forskere fra Yale University og er beregnet til at indsnævre søgningen efter partikler af undvigende mørkt stof, som muligvis tegner sig for mere end 80% af den samlede mængde stof i universet. Og det mest interessante i dette tilfælde er, at HAYSTAC-detektoren er designet til at søge efter mørkt stof i form af aksioner, subatomære partikler, der i øjeblikket kun findes i teorien, og som der søges efter i flere eksperimenter, herunder Axion Dark Matter Experimentis .

Den nye tilgang gør det muligt for forskere at blive bedreat adskille de utroligt svage signaler om mulige aksioner fra den tilfældige støj, der findes i naturen på ekstremt små skalaer, undertiden kaldet kvantesvingninger. Ifølge studiemedforfatter Konrad Lehnert, en NIST-forsker hos JILA, er holdets chancer for at finde aksionen i løbet af de næste par år stadig nogenlunde lig med at vinde i lotteriet. Men disse chancer bliver kun bedre.

Daniel Palken, medforfatter af den nye artikel, forklarede,at det, der gør aksionen så vanskelig at finde, gør den til en ideel kandidat til mørkt stof - det er let, bærer ingen elektrisk ladning og interagerer næsten aldrig med normalt stof.

Nogle af de største forhindringer, somforskere kolliderer, er selve kvantemekanikens love, nemlig Heisenberg usikkerhedsprincippet. Han begrænser nøjagtigheden af ​​forskere i deres partikelobservation. I dette tilfælde kan holdet ikke nøjagtigt måle to forskellige egenskaber for det lys, der produceres af aksionerne samtidigt.

Imidlertid formåede HAYSTAC-teamet at omgå disseuforanderlige love. Det hele handler om at bruge et instrument kaldet Josephsons parametriske forstærker. Forskere ved JILA har udviklet en måde at bruge disse små enheder til at "presse" det lys, de modtog fra HAYSTAC-eksperimentet. Fysikere behøver ikke nøjagtigt at bestemme begge egenskaber ved indgående lysbølger - kun en af ​​dem. Kompression udnytter dette ved at skifte måleusikkerhed fra en af ​​disse variabler til den anden.

For at teste denne metode gennemførte forskerneen prøvekørsel på Yale University for at finde en partikel i et specifikt masseområde. Ifølge forskere fandt de det ikke, men eksperimentet tog halvdelen af ​​tiden end normalt.

Læs mere

Spor af raketbrændstof blev fundet på Saturns måne Rhea. Hvor kommer det fra?

Det største isbjerg i verden kollapset, fragmenter styrtede nordpå. Er det farligt?

Abort og videnskab: hvad vil der ske med de børn, der føder

Research Institute i Boulder, Colorado