ALPS実験が暗黒物質の探索を開始

ALPS実験はDESY研究センターで行われており、宇宙で通常の5倍の頻度で発生するはずの物質を検出することを目的としている。

しかし、これまでのところ、この物質の粒子を特定できた科学者や研究者はいません。 新しい実験は、特に軽い粒子を検出し、その発生に関する証拠を提供するこの種の実験としては初めてとなる可能性がある。

イノベーション プラットフォームはこの実験を検証し、宇宙に関するユニークな謎をどのように明らかにできるかを検討します。

ALPSの実験は全長250メートルにわたって行われ、特に軽いタイプの新しい素粒子を探している。

これを行うために、HERA 加速器からの 24 個のリサイクルされた超電導磁石、強力なレーザー ビーム、高精度の干渉計、および高感度の検出器が使用されます。

研究チームは、このようなユニークな構成を使用することで、マシンがいわゆるアクシオンまたはアクシオンのような粒子を検出できるようになると期待している。 これらの粒子は既知の種類の物質とは非常に弱くしか反応しないと考えられているため、加速器を使用した実験では検出できません。

したがって、ALPS はそれらを検出するためにまったく異なる原理に頼っています。 強力な磁場を使用すると、フォトン（光の粒子）がこれらの神秘的な素粒子に変換され、また元に戻る可能性があります。

DESY の素粒子物理学ディレクターであるベアテ・ハイネマン氏は次のように説明しました。「ALPS 実験のアイデアは 30 年以上前から存在していました。

「旧HERA加速器のコンポーネントとインフラストラクチャを最先端の技術とともに使用することは、ALPSを初めて国際協力で使用できることを意味します。」

DESY理事会会長のヘルムート・ドシュ氏は、「DESYは、あらゆる異なる形態の物質を解読するという任務を自らに課した。したがって、ALPSは我々の研究戦略に完全に適合しており、おそらく暗黒物質への扉を開くことになるだろう。」と付け加えた。

アクシオン物質を検出するために、ALPS実験では、長さ約120メートルの真空管内の光共振器装置に沿って高強度のレーザービームを送信します。

ここで、ビームは前後方向に反射され、直線に配置された 12 個の HERA 磁石によって囲まれます。 強い磁場の中で光子がアクシオンに変わると、そのアクシオンは磁石の列の端にある不透明な壁を通過する可能性があります。 壁を通過すると、最初のものとほぼ同じ別の磁気トラックに入ります。

このトラックでは、アクシオンは光子に戻ることができ、最後に検出器がそれを捕捉できます。 ここでは、アクシオンが光子に戻る確率を 10,000 倍高めるために、2 番目の光共振器が設置されています。 これは、光が壁の後ろに到達した場合、それは間にアクシオンがあったに違いないことを意味します。

「しかし、我々のあらゆる技術的トリックにもかかわらず、光子がアクシオンに変化し、再びアクシオンに戻る確率は非常に小さいです」とDESYのプロジェクトリーダーでありALPS協力の広報担当であるアクセル・リンドナー氏はコメントした。

リンドナー氏は、「それは、33 個のサイコロを投げて、すべて同じ目になるようなものです」と付け加えた。

ALPS 実験が適切に機能するために、チームは装置のさまざまなコンポーネントすべてを調整して最大のパフォーマンスを実現する必要がありました。

パフォーマンスが最大の場合、実験にはいくつかの利点があります。

ALPS 実験は、もともと DESY 理論家のアンドレアス リングワルドによって提案されました。彼は、標準模型の拡張に関する計算によって実験の理論的動機も裏付けられました。

同氏は、「ALPSでは実験物理学者と理論物理学者が非常に緊密に協力した。その結果、アクシオンを発見するユニークな可能性を秘めた実験が実現し、高周波重力波の探索にも利用できる可能性がある」と語った。

アクシオンの探索は当初、減衰動作モードで開始されます。 これにより、アクシオンの存在を誤って示す可能性のある「背景光」の検索が簡素化されます。

この実験は2023年後半に最大感度を達成する予定で、2024年にはミラーと代替照明システムがアップグレードされる予定です。

リンドナー教授は、「ALPS実験で軽い粒子が見つからなかったとしても、この実験では超軽量粒子の排除限界が1000倍変わるだろう」と結論づけた。

なお、この記事は季刊誌の第14版にも掲載される予定です。

次回コメントするときのために、このブラウザに名前、メールアドレス、ウェブサイトを保存してください。

D