欧洲核子研究中心 物理学家杰克·德夫林调整了BASE实验中反质子束监控器的灵敏度
信用:欧洲核子研究中心 欧洲粒子物理研究所反物质工厂的重子反重子对称实验(BASE)对类轴子粒子的存在设定了新的限制，以及在2
97 neV可以变成光子，光的粒子
由《物理评论快报》发表的BASE的新结果描述了这一开创性的方法，并为寻找冷暗物质开辟了新的实验可能性
轴子或类轴子粒子是冷暗物质的候选者
根据天体物理观测，我们相信宇宙中大约27%的物质能量是由暗物质组成的
这些未知的粒子感受到了重力，但如果它们真的感受到了，它们几乎不会对其他基本力做出反应
最被接受的基本力和粒子理论被称为粒子物理学的标准模型，它不包含任何具有冷暗物质性质的粒子
基地报告的结果调查了这个遍及宇宙的假想暗物质背景
由于标准模型留下了许多未解的问题，物理学家提出了超越它的理论，其中一些解释了暗物质的性质
这些理论中包括那些暗示轴子或类轴子粒子存在的理论
这些理论需要测试，世界各地已经进行了许多实验来寻找这些粒子，包括在欧洲粒子物理研究所
基地首次将探测单个反质子(相当于质子的反物质)的工具转向寻找暗物质
这一点尤其重要，因为BASE不是为这类研究设计的
“BASE拥有极其灵敏的探测系统来研究单个俘获反质子的特性
这些探测器也可以用来寻找粒子的信号，而不是陷阱中反质子产生的信号
在这项工作中，我们使用了我们的一个探测器作为天线来寻找一种新型的类轴子粒子，”欧洲粒子物理研究所的研究员杰克·德夫林说
与安装在大型强子对撞机上的大型探测器相比，BASE是一个小实验
它连接到欧洲粒子物理研究所的反质子减速器，为它提供反质子
BASE将这些粒子捕获并悬浮在潘宁阱中，潘宁阱是一种结合了电场和强磁场的装置
为了避免与普通物质碰撞，该阱在5开尔文(大约-268摄氏度)的温度下工作，在这个温度下，会达到非常低的压力，类似于深空中的压力
在这种极其隔绝的环境中，被捕获的反质子云可以一次存在数年
通过仔细调整电场，基地的物理学家可以分离出单个的反质子，并将它们转移到实验的单独部分
在这个区域，非常灵敏的超导共振探测器可以捕捉单个反质子在陷阱周围移动时产生的微小电流
在《物理评论快报》发表的工作中，基地小组在他们敏感的反质子探测器中寻找意想不到的电信号
每个探测器的核心是一个直径约4厘米的小环形超导线圈，看起来类似于普通电子设备中常见的电感器
然而，基地探测器是超导的，几乎没有电阻，所有周围的组件都经过精心选择，因此不会造成电气损失
这使得基极探测器对小电场极其敏感
探测器位于潘宁陷阱的强磁场中；来自暗物质背景的轴子会与这个磁场相互作用，变成光子，然后可以被探测到
物理学家使用反质子作为量子传感器来校准探测器上的背景噪声
然后，他们开始寻找与探测器噪声不一致的窄频率信号，无论多么微弱，这可能暗示了轴子样粒子诱发的信号以及它们与光子可能的相互作用
在记录的频率上没有发现任何东西，这意味着基底成功地为光子和具有一定质量的类轴子粒子之间可能的相互作用设定了新的上限
通过这项研究，BASE为其他潘宁陷阱实验参与寻找暗物质开辟了可能性
由于基底不是为寻找这些信号而建造的，所以可以做一些改变来增加实验的灵敏度和带宽，并提高将来找到类轴子粒子的可能性
“有了这项新技术，我们已经结合了两个以前不相关的实验物理学分支:轴子物理学和高精度潘宁陷阱物理学
我们的实验室实验是天体物理实验的补充，在低轴子质量范围内特别敏感
基地的发言人斯特凡·乌尔姆说:“有了特制的仪器，我们就能利用潘宁陷阱技术拓宽axion搜索的领域。”
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