基础科学研究所 图1
具有各种内部截面的腔体设计
(从左到右)(1)单个大腔，(2)单个小腔，(3)多个小腔，(4)多腔(比萨腔)(5)带间隙的多腔
信用:IBS 尽管轴子的质量微乎其微，但一旦被证明，它的存在可能会指向标准模型之外的新物理
从理论上解释了与我们宇宙中物质-反物质不平衡相关的强核力中的一个基本对称问题，这个假设的粒子也是一个有吸引力的暗物质候选者
尽管轴子存在的数量足够大，能够解释宇宙中“缺失”的质量，但迄今为止，寻找这种暗物质仍颇具挑战性
科学家认为，当轴子与磁场相互作用时，其能量会转化为光子
产生的光子预计在微波频率范围内
为了找到合适的轴子，实验者们使用了一种微波探测器，一种空腔卤素灯
将圆柱形谐振器放置在螺线管中，填充空腔的磁场增强了信号
卤素灯还允许科学家不断调整谐振腔的谐振频率
然而，最敏感的轴子搜索实验，华盛顿大学的轴子暗物质实验(ADMX)一直在搜索低于1千兆赫的低频区域，因为扫描高频区域需要更小的腔半径，导致显著的体积损失，因此信号更少
(图1-(2)) 由Dr
韩国基础科学研究所(IBS)的Axion和精密物理研究中心(CAPP)的YOUN SungWoo开发了一种新颖的多单元腔体设计，被称为“比萨腔”
“就像比萨饼被切成几片一样，多个隔板将空腔体积垂直分割成相同的小块(细胞)
由于几乎没有体积损失，这种多单元卤素灯能够实现高频区域扫描的有意义的输出
(图1-(5))
尽管人们努力将较小的腔体捆绑在一起，并将单个信号与以相同频率调谐的所有腔体组合在一起，但其复杂的设置和非同寻常的频率匹配机制一直是瓶颈
(图1-(3))
“与传统的多腔设计相比，比萨腔卤素灯具有更简单的检测器设置和独特的相位匹配机制以及更大的检测体积，”Dr
该项研究的相应作者YOUN SungWoo
图2
各种多单元(双单元、四单元和八单元)腔的横截面图，带有轴子感应电场的预期分布(来自模拟)
信用:IBS 研究人员证明，多细胞腔能够以更高的效率和可靠性检测高频信号
在一个使用9T超导磁体的温度为2开尔文(271℃)的实验中，研究小组快速扫描了高于3千兆赫的> 200兆赫的频率范围，这比ADMX的频率范围高4~5倍，对理论模型的灵敏度比以前其他实验的结果高
此外，这种新的腔体设计使研究人员能够以比传统实验快四倍的速度探索给定的频率范围
“把事情做得快四倍
“博士
尤恩开玩笑地补充道，“使用这种多细胞腔设计，我们的Ph
D
学生应该比其他实验室的学生更快毕业
" 使这种多单元设计易于操作的是中间隔板之间的间隙
将所有的细胞在空间上连接起来，一根天线就可以从整个空间接收信号
“作为一个比萨饼保存者，保持比萨饼切片完好无损，保留原有的配料，中间的空隙有助于细胞胜任工作，”博士说
云
单个天线还允许研究人员评估轴子感应电磁场是否均匀分布在整个空腔中，这对于实现最大有效体积至关重要
“然而，腔体结构的不准确性和不对准可能会影响灵敏度
为此，这种多单元设计能够通过调整中间间隙的大小来缓解这种情况，不会留下浪费的空间
云
研究小组两年的广泛努力产生了一个在高频区域寻找轴子暗物质的最佳设计
该团队正在考虑将几个多单元腔合并到CAPP的现有系统中，以将轴子搜索带扩展到比目前探索的更高的频率区域
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