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美科学家利用超灵敏装置探测轴子 重要性堪比引力波

2018/07/03 09:20      凤凰网科技 编译/霜叶


  据Space北京时间7月2日报道,美国物理学家表示,他们已经对第一个灵敏度足以探测到轴子(假想的一种亚原子粒子)的试验装置进行了测试。部分科学家认为,轴子是暗物质成分之一。

  位于华盛顿大学的轴子暗物质试验(Axion Dark MatterExperiment ,以下简称“ADMX”),代表过去40年来“寻找”轴子努力的一个突破。

  华盛顿大学物理学家、这项试验的参与者格雷·里布卡(Gray Rybka)向Space.com表示,“随时都会有重大发现,想想都令人激动。当我们看到信号出现时——信号会定期出现,原因就在于干扰,或有计划地给设备加虚假信号,目的是确保设备能正常发挥作用——就有可能代表着重大突破的出现。”

  里布卡表示,轴子的发现具有重要意义,在改变我们对宇宙的理解方面,其重要性堪比引力波。他说,“一旦我们看到信号出现,就会关注信号形状和如何随时间变化,我们将积极研究我们所处区域的暗物质的作用。”

  轴子被认为是一种质量极低的粒子,在空间流动,很少与普通物质发生相互作用。

  美国国家射电天文台在一份声明中表示,它的信号非常微弱,探测难度极大。信号强度大约与有人在火星上使用手机,地球收到的信号强度相当。

  ADMX工作原理与调幅收音机的调谐器相似,循环探测不同频率的信号,直到探测到信号。

  整个试验装置的温度将降低到0.1开氏度(约零下460华氏度或零下273.3摄氏度),以尽量减小由热辐射造成的噪音。

  上述声明称,ADMX的秘密武器是降低来自放大器噪音的能力。之前的试验设备采用标准的半导体放大器,噪音使得探测轴子的难度大大增加。研究团队于是向外界寻求帮助。

  加州大学伯克利分校研究生院物理学教授约翰·克拉克(John Clarke)向ADMX团队伸出了援助之手。克拉克是开发被称作超导量子干涉器件的高灵敏度磁探测装置的先驱。

  克拉克为ADMX设计了微带形状的SQUID放大器(以下简称“MSA”),把噪音减小了30倍,意味着如果轴子存在,它发出的信号就可以被探测到。

  里布卡说,科学家利用MSA在2017年1月至2017年8月期间进行了ADMX实验,以证明MSA能有效地降低噪音。

  ADMX每天运行24小时。最近一次实验开始于今年1月,将持续到今年夏季,然后将关闭实验装置进行维护。目前的资金足以让这项实验再持续3年时间。

  美国费米国家加速器实验室科学家安德鲁·索宁沙伊恩(Andrew Sonnenschein)表示,虽然轴子可能在下周就被发现,但对所有频率进行扫描可能需要数年时间。

  他说,“我们认为,最有可能探测到轴子信号的频段,就是我们目前扫描的频段,约为1GHz-数百GHz。”

  里布卡指出,频率越高,噪音就会越大,实验的难度也就越大。ADMX团队正在开发新的技术和方法,以对更高的频率进行扫描。

  他说,“如果足够幸运,我们将在较低的频段发现轴子,这将使我们无须进行难度更大的实验。”

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