A new Limit for Axion Dark Matter with SPACE
L'esperimento SPACE, la prima ricerca tedesca sulla materia oscura assionica, ha utilizzato una cavità risonante da 14 T per sondare l'intervallo di massa 16,626–16,653 μeV e ha stabilito un nuovo limite, che detiene il record, sull'accoppiamento assione-fotone che supera i precedenti vincoli di oltre due ordini di grandezza.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo
L'universo è pieno di materia che non possiamo vedere. Gli astronomi sanno che questa sostanza invisibile, chiamata materia oscura, esiste perché la sua gravità tiene insieme le galassie e piega la luce delle stelle distanti, eppure non emette né riflette luce in alcun modo che possiamo rilevare. Per decenni, gli scienziati hanno cercato la particella che compone questa ombra cosmica, testando molte diverse teorie. Un'idea principale suggerisce che la materia oscura sia composta da assioni, particelle minuscole e spettrali che sono state proposte per risolvere un profondo enigma sul perché la forza nucleare forte si comporti diversamente da quanto previsto. Se questi assioni esistessero, dovrebbero essere ovunque, attraversandoci e attraversando la Terra costantemente, ma interagiscono così debolmente con la materia normale da essere rimasti invisibili. La sfida per i fisici è trovare un modo per catturare una di queste particelle elusive, trasformando l'invisibile in qualcosa che possiamo misurare.
Un team di ricercatori in Germania ha compiuto un passo significativo verso questo obiettivo con un nuovo esperimento chiamato SPACE, il Student Project for an Axion Cavity Experiment. Questo è il primo esperimento del genere in Germania e rappresenta un grande salto in avanti nella sensibilità della nostra ricerca. I ricercatori hanno costruito un dispositivo specializzato progettato per ascoltare il debole sussurro di un assione che si converte in un fotone, una particella di luce. Si sono concentrati la loro ricerca su un intervallo di masse molto specifico, cercando assioni che corrispondessero a una frequenza compresa tra 4,020 gigahertz e 4,027 gigahertz. Per rendere possibile questa conversione, hanno posizionato un cilindro metallico cavo all'interno di un potente magnete superconduttore che genera un campo magnetico di 14 tesla, circa 280.000 volte più forte del campo magnetico terrestre. In questo intenso ambiente magnetico, se un assione dovesse passare attraverso il cilindro, la teoria prevede che si trasformerebbe in una minuscola scarica di onde radio con cui il cilindro potrebbe risuonare, proprio come una campana che suona a una specifica tonalità.
L'esperimento è durato 71 ore nell'aprile 2024, durante le quali il team ha raccolto miliardi di misurazioni dei segnali radio provenienti dalla cavità. Hanno utilizzato amplificatori e filtri estremamente sensibili per isolare l'intervallo di frequenza specifico che gli interessava, monitorando attentamente come la temperatura e le proprietà fisiche dell'attrezzatura cambiassero nel tempo per garantire che i loro dati rimanessero accurati. Nonostante l'alta sensibilità della loro attrezzatura e la forza del campo magnetico, i ricercatori non hanno trovato alcun segnale che si distinguesse dal rumore di fondo. Non hanno sentito la campana suonare. Tuttavia, questa mancanza di un segnale è un risultato potente in sé. Non trovando l'assione, il team è stato in grado di escludere l'esistenza di assioni con determinate proprietà in quell'intervallo di massa specifico. Hanno determinato che se gli assioni esistono con una massa compresa tra 16,626 microelettronvolt e 16,653 microelettronvolt, la loro interazione con la luce deve essere più debole di un limite specifico.
Il team ha calcolato che qualsiasi assione in questo intervallo di massa deve avere un'intensità di interazione con i fotoni inferiore a 14,6 volte 10 alla meno 13 inverso gigaelettronvolt, e al loro punto di massima sensibilità, potevano escludere valori superiori a 2,8 volte 10 alla meno 13 inverso gigaelettronvolt. Questo nuovo limite è più di cento volte più severo rispetto ai vincoli precedenti in questo intervallo di massa, chiudendo di fatto la porta a una vasta gamma di possibilità che altri esperimenti avevano lasciato aperte. I ricercatori sono fiduciosi in questo risultato, avendo tenuto conto di varie fonti di errore e incertezza nella loro attrezzatura e analisi. Sebbene non abbiano scoperto l'assione, hanno avuto successo nel restringere lo spazio di ricerca, dicendo alla comunità scientifica che, se l'assione esiste in questo intervallo di massa, è ancora più elusivo di quanto precedentemente pensato. Questo lavoro, condotto da studenti e ricercatori dell'Università di Amburgo e del DESY, spinge i confini di ciò che è possibile nella caccia alla materia oscura, dimostrando che anche un risultato nullo può fornire una profonda chiarezza sulla natura dell'universo.
Sommerso dagli articoli nel tuo campo?
Ricevi digest giornalieri degli articoli più recenti corrispondenti alle tue parole chiave di ricerca — con riassunti tecnici, nella tua lingua.