تلسكوب الجسيمات الفلكية للمادة المظلمة

إن اكتشاف الأكسيون يمثل حلقة رئيسية في تاريخ العلم. يمكن لهذا الجسيم الافتراضي أن يحل في نفس الوقت مشكلتين أساسيتين للفيزياء الحديثة: مشكلة الشحنة والتكافؤ في التفاعل القوي ، ولغز المادة المظلمة. ومع ذلك ، على الرغم من الاهتمام العلمي الكبير بأبحاثه ، فقد تم تقريبًا استبعاد البحث على ترددات الراديو العالية – فوق 6 جيجاهرتز – بسبب نقص التكنولوجيا عالية الحساسية التي يمكن بناؤها بتكلفة معقولة. بعيد جدا.

سيشارك Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) في تعاون دولي لتطوير DALI (الفوتونات المظلمة و أكسيون-كمقياس تداخل الجسيمات) ، وهو تلسكوب جسيمات فلكية للمادة المظلمة هدفه العلمي هو البحث عن الأكسيونات والبارافوتونات في النطاق 6 إلى 60 جيجا هرتز. النموذج الأولي ، وهو دليل على المفهوم ، هو حاليًا في مرحلة التصميم والتصنيع في IAC. ال ورق ابيض وصف التجربة تم قبوله للنشر في مجلة علم الكونيات والفيزياء الفلكية (JCAP).

تنبأت النظرية في السبعينيات بأن الأكسيون عبارة عن جسيم افتراضي منخفض الكتلة يتفاعل بشكل ضعيف مع الجسيمات القياسية مثل النيكلونات والإلكترونات ، وكذلك مع الفوتونات. تمت دراسة هذه التفاعلات المقترحة في محاولة لاكتشاف المحاور بأنواع مختلفة من الأدوات. هناك تقنية واعدة تتمثل في دراسة تفاعل الأكسيونات مع الفوتونات القياسية.

“تمتزج المحاور مع الفوتونات تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي قوي ، مثل تلك التي تنتجها مغناطيسات فائقة التوصيل في كاشفات الجسيمات أو تلك المستخدمة للتشخيص الطبي بالرنين المغناطيسي ، وتنتج إشارة راديو ضعيفة أو ميكروويف. تم البحث عن هذه الإشارة في مجموعة متنوعة من التجارب منذ أواخر الثمانينيات ، وهي مجرد إشارة نريد اكتشافها الآن باستخدام DALI ، وإن كان ذلك في نطاق جديد غير مستكشَف تقريبًا من المعلمات ، والذي سيكون متاحًا لأول مرة. الوقت بفضل هذه التجربة “، يشرح خافيير دي ميغيل ، الباحث في IAC والمؤلف الأول للدراسة.

استخدمت كواشف المحاور الأولى ، التي تم تصنيعها في الثمانينيات والتسعينيات ، تجويفًا رنانًا ، داخل مغناطيس فائق ، يضخم إشارة الميكروويف الضعيفة التي تنبأ بها الأكسيون ، في محاولة لإدخالها في نطاق قدرة يمكن اكتشافه بواسطة الأجهزة العلمية. لسوء الحظ ، يتناسب حجم التجويف عكسياً مع تردد المسح ، وبالنسبة للمحور كانت التجاويف صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تصنيعها للترددات التي تزيد عن 6 جيجاهرتز.

لهذا السبب ، تجمع التجربة الجديدة بين أكثر تقنيات المسح عالي التردد الواعدة ، وتضمينها في تصميم عملي يُضاف إليه أيضًا قدرة كاشفات الجسيمات الفلكية للمادة المظلمة المحورية. بهذه الطريقة ، يشتمل DALI على مغناطيس قوي فائق التوصيل ، وكاشف محور مع مرنان جديد لجعل الإشارة الضعيفة التي تسببها المحاور قابلة للاكتشاف ، وحامل ألتازيموت للسماح له بمسح الأجسام ومناطق السماء بحثًا عن المادة المظلمة.

بهذه الطريقة ، يمكن أن تساعد DALI في اكتشاف الأكسيون ، وهو جسيم شبه سلمي مشابه في طبيعته لجزيء بوزون هيغز ، اكتشف في عام 2012 في سيرن، ومرشح واعد للمادة المظلمة. المادة المظلمة هي مكون أساسي للكون يتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع المادة العادية ، وبالتالي يصعب جدًا اكتشافه بشكل مباشر ، ولكن اكتشافه سيسمح لنا بشرح منحنيات دوران المجرات الحلزونية ، ولماذا تكون البنية في تطور الكون كما حدث حتى الآن ، من بين ألغاز أخرى.

المرجع: “تلسكوب المادة المظلمة الذي يفحص النطاق 6 إلى 60 جيجاهرتز” بقلم خافيير دي ميغيل ، 28 أبريل 2021 ، مجلة علم الكونيات والفيزياء الفلكية.
DOI: 10.1088 / 1475-7516 / 2021/04/075