Исследовательская группа из Массачусетского технологического института опубликовала предварительные результаты эксперимента по выявлению аксионной тёмной материи. В этом проекте, нацеленном на поиск гипотетических частиц тёмной материи, применялась новая методика поисков с использованием оптического резонатора, подвергаемого настройке. Несмотря на то, что статья в Physical Review Letters не зафиксировала аксионных сигналов, она показала возможности новой технологии в поиске этих частиц.
Эксперимент под названием Axion Dark-Matter Bifringent Cavity (ADBC) стартовал в 2022 году. В нём учёные задействовали лазеры и оптические приборы, аналогичные тем, что применяются для обнаружения гравитационных волн, нацеленные на поиск аксионов. Основой ADBC служит детектор из четырёх зеркал, формирующих оптическую полость, которая отражает и многократно усиливает лазерный свет.
«Идея эксперимента возникла в 2019 году в ходе сотрудничества между нашей лабораторией и коллегами из Центра теоретической физики Массачусетского технологического института. Мы активно исследовали новые способы выявления теоретической частицы тёмной материи — аксиона. Полагается, что любое взаимодействие аксионов со стандартной материей будет чрезвычайно слабым, что схоже с ситуацией гравитационных волн, недавно зарегистрированных учёными», — объяснил Эван Холл, научный сотрудник лаборатории LIGO в Массачусетском технологическом институте.
После многочисленных теоретических обсуждений команда Холла пришла к пониманию, что лазеры и оптические устройства, используемые в LIGO для гравитационных волн, могут быть модифицированы для поиска аксионов. Так зародился проект ADBC, первоначальные данные которого были получены в 2022 году.
«Мы стремились продемонстрировать, как эти инструменты могли бы быть использованы для поиска аксионов. Свет характеризуется двумя поляризациями — горизонтальной и вертикальной. Если аксионы существуют, они должны изменять одну поляризацию на другую. В нашем эксперименте с помощью лазера мы генерируем свет с вертикальной поляризацией и ищем признаки его изменения на горизонтальную под влиянием аксионов», — пояснил Холл.
Детектор для эксперимента ADBC состоит из четырёх зеркал, формирующих оптическую полость, которая многократно усиливает сигналы аксионов, рециркулируя лазерный свет тысячи раз.
На начальном этапе исследования Холл с коллегами использовали аппарат для поиска аксионов с массой около 50 нэВ, в то время как другая британская группа искала аксионы с массой около 2 нэВ с помощью аналогичного оборудования.
«Наши исследования продемонстрировали, что новый тип оптической полости можно настраивать для расширения диапазона исследуемых масс аксионов. Мы показали возможность регулирования углов зеркал для изменения полости, что важно для поиска тёмной материи. Так как точная масса аксиона неизвестна, важно проводить исследование в широком спектре значений», — отмечает Свадха Панди, исследователь из MIT.
Ранние результаты ADBC установили ограничения на взаимодействие аксионоподобных частиц с фотонами. Хотя аксионы не были обнаружены, полученные данные важны для дальнейших исследований, направленных на их поиск и, возможно, экспериментальное подтверждение их существования.
«Следующий шаг заключается в реализации более масштабного и более чувствительного эксперимента. Это потребует большего количества лазерного света для усиления взаимодействия фотонов с аксионами и увеличения времени взаимодействия. Автоматизация настройки экспериментального оборудования и усовершенствование зеркальных покрытий также являются ключевыми для охвата полного диапазона масс аксионов», — добавила Панди.
Коды были переформулированы с учетом выразительной и более естественной языковой формы, сохраняя при этом структуру HTML.
Источник: iXBT
