Superfølsomt eksperiment leder efter mørkt stof i form af axioner
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Superfølsomt eksperiment leder efter mørkt stof i form af axioner

Eftersøgningen efter axioner foregår efter samme princip som en radiomodtager, hvor man indstiller modtageren til at opfange et signal ved en bestemt frekvens. Illustration: C. Boutan/Pacific Northwest National Laboratory og APS/Alan Stonebraker

»Gennem 20 år har vi ledt efter Wimps uden at finde noget. Nu er det axioners tur,« siger fysikeren Andrew Sonnenschein fra Fermilab i USA.

Wimps (Weakly-interacting massive particles) og axioner er begge hypotetiske partikler til at udgøre det mørke stof, som hovedparten af astrofysikere og kosmologer ud fra en lang række observationer er overbeviste findes, og som udgør en stor del af universet samlede masse og energi – og mere end det, som findes i almindeligt stof i galakser, stjerner, planeter osv.

Axioner er opkaldt af Nobelprismodtageren Frank Wilczek efter et rengøringsmiddel. »Since they clean up a problem with an axial current,« har han forklaret. Illustration: bayanmall.com

Men som vi gentagne gange har omtalt i Ingeniøren og på ing.dk, lader det direkte bevis for eksistensen af mørkt stof i form af Wimps vente på sig.

Læs også: Ny nitte i jagten på mørkt stof

Det er endnu for tidligt helt at opgive Wimps, men det ser mindre og mindre godt ud for denne teori.

Skulle eftersøgningen efter Wimps på et tidspunkt blive indstillet, efter hele det mulige rum for deres tilstedeværelse er gennemsøgt, findes der også andre kandidater til mørkt stof; en af disse er axioner.

Læs også: Large Hadron Collider er kommet ud af sit vinterhi

I Physical Review Letters redegør forskerne bag Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) for, at de nu har en opstilling, der langt om længe er følsom nok til at detektere et signal fra axioner – såfremt disse altså findes.

Eksperimentet er baseret på den teoretiske forudsigelse, at der hele tiden findes et axion-signal ved en bestemt frekvens. Kan man derfor lave et opstilling, der som en radiomodtager kan trevle alle mulige frekvenser igennem, skal man blot ganske langsomt dreje på tuningknappen. På et eller andet tidspunkt vil man derefter opfange signalet.

Det gode ved dette princip er, at hvis signalet først er fundet, vil det altid være der, og det vil være let at gentage eksperimentet og overbevise sig om rigtigheden.

Det dårligere er, at det kan tage mange år at søge gennem hele frekvensbåndet. Så selv om en opdagelse i princippet kan komme allerede i morgen, kan der også gå meget langt tid,

Det besværlige er, at man skal have en meget følsom modtager. Det har man ikke haft hidtil, men nu melder ADMX altså ud i den videnskabelige artikel og i en pressemeddelelse, at det problem er løst.

Princippet blev udviklet i 1983

Detektionsprincippet i ADMX kaldes et halsoskop og blev allerede beskrevet i en artikel i Physical Review Letters fra 1983. Navnet har oprindelse i, at partiklerne af mørkt stof formodes at befinde sig i en halo omkring Mælkevejen og andre galakser.

Resonansfrekvensen for en hulrumsresonator ændres ved bevægelse af tuning-stangen. Hvis resonansfrekvensen matcher frekvensen, hvor fotoner er koblet til axioner, genereres der effekt. Illustration: C. Boutan/Pacific Northwest National Laboratory og APS/Alan Stonebraker

Axionerne kan i meget sjældne tilfælde omdannes til fotoner i et stærkt magnetisk felt.

Denne meget svage kobling mellem axioner og fotoner kan forstærkes i en resonator. Og ADMX har nu udviklet et ny superfølsom forstærker, der kan bruges til at registrere signalet fra resonatoren.

Detektoren er kølet til en temperatur på 0,1 kelvin for at minimere termisk støj. For at mindske den elektroniske støj har man erstattet almindelige transistorforstærkere med en såkaldt Microstrip SQUID Amplifier (MSA), hvis støj kun er begrænset af Heisenbergs usikkerhedsrelation.

»Og så kan det ikke gøres bedre,« siger professor John Clarke fra University of California, Berkeley, der har mange års erfaring med at at bygge SQUIDs - superconducting quantum inteference devices.

Han har lavet grunddesignet for forstærkeren, der efterfølgende er bygget af Gene Hilton fra National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colorado.

Ikke brug for mirakler

I den nye forskningsartikel viser ADMX-gruppen, at opstillingen virker som forventet.

»Vi behøver ikke længere et mirakel for at finde axioner. Vi har kun brug for tid,« siger professor Leslie Rosenberg fra University of Washington, der er videnskabelig leder for ADMX.

Fermilab har produceret denne korte video, hvor forskerne forklarer og beskriver eksperimentet.

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Har aldrig troet på dette mørke stof.

Tror det har mere noget at gøre med kvantefænomen og at vi har undervurderet hvor mange sorte huller, neutronstjerner og magnetarer der er, samt undervurderet planeters magnetiske felt der nok har større indvirken end hidtil troet.

  • 1
  • 13

Forleden fandt astronomerne en hel masse flere sorte huller i vores galakse.
I betragtning af deres voldsomt store masse kunne de vel godt udgøre den masse, der ellers siges at udgøres af sort stof (dark matter).

  • 1
  • 7

Det kunne være interessant at høre hvor stor følsomhed måleopstillingen har i db ? Endvidere også hvilke potentielle bånd man forventer at finde signalet på? Jeg formoder det foregår lidt ala brug af en form for klystron som tunes til resonansfrekvensen for sort stof - eller?

  • 1
  • 0

Det kunne være interessant at høre hvor stor følsomhed måleopstillingen har i db ?

Det er ikke så let at svare enkelt på. Jeg har sakset nedenstående fra den videnskabelige artikel

https://physics.aps.org/featured-article-p...

In the range 645–680 MHz, no statistically significant
signals consistent with axions were found. There were two
candidates that persisted after the rescan procedure, but a
measurement of the external background radio interference
at the experimental site found the identical external radio
signals at the candidate frequencies. They are, thus,
excluded from our limits. We are, therefore, able to produce
a 90% upper confidence limit on the axion-photon coupling
using all of the data acquired for the Maxwellian and
N-body astrophysical models shown in Fig. 4. We are able
to exclude both DFSZ axions distributed in the isothermal
halo model that make up 100% of dark matter with
a density of 0.45 GeV=cm3 and DFSZ axions with the
N-body inspired line shape and the predicted density of
0.63 GeV=cm3 between the frequencies 645 and 676 MHz.
This result is a factor of 7 improvement in power sensitivity
over previous results and the first time an axion haloscope
has been able to exclude axions with DFSZ couplings

hvor jeg især hæfter ved sidste del: This result is a factor of 7 improvement in power sensitivity
over previous results

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten