Эксперимент ALPS начинает поиск темной материи

Эксперимент ALPS проводится в исследовательском центре DESY и направлен на обнаружение материи, которая должна встречаться во Вселенной в пять раз чаще, чем обычно.

Однако до сих пор ни одному ученому или исследователю не удалось идентифицировать частицы этого вещества. Новый эксперимент может стать первым в своем роде, позволяющим обнаружить особенно легкие частицы и предоставить доказательства их существования.

Инновационная платформа рассматривает эксперимент и исследует, как он может раскрыть уникальные тайны нашей Вселенной.

Эксперимент ALPS простирается на 250 метров и направлен на поиск особенно легкого типа новых элементарных частиц.

Для этого он использует 24 переработанных сверхпроводящих магнита ускорителя HERA, интенсивный лазерный луч, прецизионную интерферометрию и высокочувствительные детекторы.

Команда надеется, что использование такого уникального состава позволит машине обнаруживать так называемые аксионы или аксионоподобные частицы. Считается, что эти частицы крайне слабо реагируют с известными видами материи, а это значит, что их невозможно обнаружить в экспериментах с использованием ускорителей.

Поэтому ALPS прибегает к совершенно иному принципу их обнаружения. С помощью сильного магнитного поля фотоны (частицы света) могли превращаться в эти загадочные элементарные частицы и обратно.

Беате Хайнеманн, директор по физике элементарных частиц в DESY, объяснила: «Идея эксперимента ALPS существует уже более 30 лет.

«Использование компонентов и инфраструктуры бывшего ускорителя HERA вместе с новейшими технологиями означает, что мы впервые можем использовать ALPS в международном сотрудничестве».

Хельмут Дош, председатель совета директоров DESY, добавил: «DESY поставила перед собой задачу расшифровать материю во всех ее различных формах. Поэтому ALPS идеально соответствует нашей исследовательской стратегии и, возможно, откроет дверь к темной материи».

Чтобы обнаружить аксионную материю, эксперимент ALPS направит лазерный луч высокой интенсивности вдоль оптического резонатора в вакуумной трубке длиной примерно 120 метров.

Здесь луч отражается как назад, так и вперед и ограничивается 12 магнитами HERA, расположенными по прямой линии. Если бы фотон превратился в аксион в сильном магнитном поле, этот аксион мог бы пройти через непрозрачную стенку в конце линии магнитов. Пройдя сквозь стену, он попадет на другую магнитную дорожку, почти идентичную первой.

На этом треке аксион может снова превратиться в фотон, который в конце может захватить детектор. Здесь установлен второй оптический резонатор, который увеличивает вероятность превращения аксиона обратно в фотон в 10 000 раз. Это означает, что если свет действительно проникает за стену, то это должен быть аксион между ними.

«Однако, несмотря на все наши технические ухищрения, вероятность превращения фотона в аксион и обратно очень мала», — прокомментировал Аксель Линднер, руководитель проекта DESY и представитель коллаборации ALPS.

Линднер добавил: «Это похоже на бросок 33 игральных костей, и все они выпадают одинаково».

Чтобы эксперимент ALPS прошел должным образом, команде пришлось настроить все компоненты аппарата на максимальную производительность.

При максимальной производительности эксперимент имеет несколько преимуществ:

Эксперимент ALPS был первоначально предложен теоретиком DESY Андреасом Рингвальдом, который также подкрепил теоретическую мотивацию эксперимента своими расчетами по расширению Стандартной модели.

Он сказал: «Физики-экспериментаторы и физики-теоретики очень тесно сотрудничали в ALPS. Результатом стал эксперимент с уникальным потенциалом открытия аксионов, который мы могли бы даже использовать для поиска высокочастотных гравитационных волн».

Поиск аксионов первоначально начнется в ослабленном режиме работы. Это упрощает поиск «фонового света», который может ошибочно указывать на наличие аксионов.

Полная чувствительность эксперимента должна быть достигнута во второй половине 2023 года, а зеркала и системы альтернативного освещения будут модернизированы в 2024 году.