作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 该图显示了各种多单元(双单元、四单元和八单元)腔的截面图，以及由感兴趣的谐振模式引起的轴子感应电场的预期分布
信用:郑等
在过去的几十年里，许多实验物理学家一直在探索被称为轴子的粒子的存在，这是由一种特定的机制产生的，他们认为这种机制可以解释描述基本对称性的理论和实验之间的矛盾
这种对称性与宇宙中的物质-反物质不平衡有关，反映在不同粒子之间的相互作用中
如果这种机制发生在宇宙早期，这样的粒子可能质量很小，并且“看不见”
“随后，研究人员提出轴子也可能是暗物质的一个有前途的候选者，暗物质是一种难以捉摸的、假设性的物质，不发光、不反射也不吸收光
虽然暗物质还没有被实验观测到，但据信它占宇宙质量的85%
探测轴子可能会对正在进行的暗物质实验产生重要影响，因为它可以增强目前对这些难以捉摸的粒子的理解
基础科学研究所(IBS)的研究人员最近使用他们设计的多室腔晕镜(I
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观察光晕、日冕和其他类似物理现象的仪器)
他们的结果与之前基于haloscope的axion暗物质搜索的结果进行了比较，突出了他们为暗物质搜索和其他物理研究创造的仪器的潜力
“轴子可以通过微波光子的形式被探测到，在强磁场的存在下，它被转换成微波光子，”进行这项研究的研究人员之一宋宇·尤恩告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“腔式卤素灯通常采用放置在螺线管中的圆柱形谐振器，利用谐振来增强信号，这是探测已建立的理论模型的最灵敏的方法
" 虽然腔晕镜可能是探测轴子的有前途的工具，但它们通常对相对较低的频率非常敏感
这主要是因为共振频率与空腔的半径成反比，这减少了高频搜索的检测体积
这就是为什么迄今为止最敏感的轴子搜索，即华盛顿大学的轴子暗物质实验(ADMC)将实验限制在1千兆赫以下的原因之一
避免这种体积损失的一种可能方法是将许多较小的空腔捆绑在一起，并组合各个信号，以确保所有频率和相位同步
“这个多腔系统早些时候就被提出来了，但是由于对系统运行的可靠性和增加的复杂性的影响，还没有被成功解决，”尤恩说
“我们在位于韩国先进科学技术研究所(KAIST)的IBS Axion和精密物理研究中心(CAPP)的团队由我领导，因此开发了一种新颖的腔体设计，即所谓的多单元腔体
" 由尤恩和他的同事设计的腔式卤素灯的特点是有多个隔板，隔板将腔的体积垂直分成相同的单元
这种独特的设计以最小的体积损失增加了共振频率
研究人员还确保位于空腔中间的隔板被一个间隙隔开
“通过使所有的细胞在空间上相连，我们的设计使单个天线能够从整个体积中拾取信号，从而大大简化了接收器链的结构，”尤恩解释说
“最佳尺寸的间隙还允许轴向感应信号在空间上均匀分布，这使得有效体积最大化，而不管腔结构中的加工公差和机械错位
我将这种空腔设计称为“比萨饼空腔”，并将这种空隙比作一个比萨饼储蓄器，它可以保持切片完整，保留原有的配料
" 研究人员用来进行实验的光晕镜是基于模拟的大约两年研究的结果，随后制造了许多原型
在他们最近的研究中，它被用来在2开尔文(271摄氏度)的温度下利用9T超导磁体搜索轴子暗物质
这使得研究人员能够快速扫描高于3千兆赫的200兆赫频率范围，比ADMX实验覆盖的频率范围高4~5倍
“即使我们没有观察到任何轴子样信号，我们也成功地证明了多细胞腔能够以高性能和高可靠性检测高频信号，”尤恩说
“我们还计算出，由于更大的体积和更高的效率，这种新的腔体设计可以使我们以比传统腔体快4倍的速度探索给定的频率范围
我经常做一个幽默但有意义的陈述:“如果一个传统的实验需要4年的时间去探索一个东西，我们的实验只需要1年
我们的博士
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学生比其他人更快毕业
" 由尤恩和他的同事进行的这项研究证明了他们开发的用于在高频区域进行不可见暗物质搜索的披萨腔日光灯的价值和潜力
在未来，它可以帮助寻找这种难以捉摸的物质，也许有一天甚至可以探测到它
“目前，我们的中心也在为实验做准备，通过在现有系统上移植几个比萨腔来寻找更高频率的轴子，”尤恩补充道
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