披萨可以帮助解决暗物质的谜团，指向超出标准型号的新物理学吗？

时间：2021-11-24 16:52:05 来源：

图1。具有各种内部部分的腔设计。（左右）①单个大腔，②单个小腔，③多个小腔④多电池腔（披萨腔）⑤多电池腔，具有间隙。

分成多个相同小区的腔提供高频率轴暗物质搜索的高效路径。

尽管它消失了微小的质量，但轴的存在一旦证明，可能会指向超出标准模型的新物理学。出生于在与我们宇宙中的问题 - 反物质失衡相关的强大核武器中解释一个基本对称问题，这一假设粒子也使一个有吸引力的暗物质候选人。虽然轴在巨大的数字中存在，但能够考虑来自宇宙的“缺失”质量，到目前为止，对此暗物质的搜索已经非常具有挑战性。

科学家认为，当轴轴与磁场相互作用时，其能量将被转换成光子。预期所得到的光子在微波频率范围内的某处。希望能够击中轴的正确匹配，实验主义者使用微波探测器，一个空腔镜镜。具有放置在螺线管中的圆柱形谐振器，填充腔的磁场增强了信号。晕座镜还允许科学家不断调整腔的谐振频率。然而，华盛顿大学的轴暗物质实验（ADMX）的轴暗物质实验（ADMX）一直在搜索低频区，低于1 GHz，因为扫描更高的频率区域需要较小的腔半径，导致容积大量损失因此信号较少。（图1-②）

由韩国基础科学研究所（IBS）内的轴和精密物理研究（CAPP）中心的Youn Sungwoo领导的研究团队开发了一种新型多胞腔设计，称为“披萨腔。 “就像比萨饼一样被切成几片，多个分区垂直地将腔体积旋转成相同的片（细胞）。对于几乎没有丢失的卷，这种多胞间轻型镜扫描能够实现高频区域扫描的有意义的输出。（图1-⑤）。虽然努力将较小的空腔束缚在一起并与以相同频率调谐的所有空腔相结合，但其复杂的设置和非平凡频率匹配机制是瓶颈。（图1-③）。“披萨腔腔镜具有更简单的探测器设置和独特的相位匹配机制以及与传统的多腔设计相比的检测量较大，”尤恩斯·斯·沃尔戈布，研究的相应作者。

图2。各种多电池（双，四重细胞和八面体细胞）腔的横截面图，具有轴诱导的电场的预期分布（从模拟）。

研究人员证明，多电池腔能够以提高的效率和可靠性检测高频信号。在使用9T超导磁体的实验中，在221℃（271℃）的温度下，该−团°队迅速扫描了高于3GHz的频率范围> 200MHz的频率范围，该频率范围为4〜5倍，比ADMX产生更高的灵敏度到理论模型比其他实验所做的先前结果。此外，这种新型腔设计使研究人员能够比传统实验更快地探索给定的频率范围四倍。“让事情更快地完成了四倍。”Youn博士笑话地增加了，“使用这个多个单元腔设计我们的博士学位学生应该能够比其他实验室更快的速度毕业。“

是什么使得这种多电池设计操作简单的操作是中间分区之间的差距。具有空间连接的所有细胞，单个天线从整个容积中拾取信号。“随着披萨保护程序保持披萨切片完整的原始浇头，之间的差距可以帮助细胞达到这项工作，”youn博士说。单个天线还允许研究人员评估轴诱导的电磁场是否均匀地分布在整个腔中，这对于实现最大有效体积是至关重要的。“仍然，腔施工中的不准确性和未对准可能会妨碍敏感度。为此，这种多电池设计可以通过调整中间的间隙的大小来实现缩短它，留下没有浪费的速度，“博士解释道。

研究团队的两年广泛努力导致了最佳的设计，用于在高频区域中长寻求轴暗物质搜寻。该团队正在考虑将几个多个单元腔纳入CAPP的现有系统，以将轴向搜索频段扩展到高频区域，而不是目前探索。

参考：“搜索无形的轴暗物质与多群体轻轨暗物质”，由Junu Jeong，Sungwoo Youn，Sungjae Bae，Jihngeun Kim，Jihngeeun，Jihn E. Kim和Yannis K. Semertzidis，2020年11月25日，物理评论信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.125.221302

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