研究人员建议重新使用台式传感器以搜索暗物质

科学家们确信暗物质存在。然而，经过50多年的搜寻，他们仍然没有直接证据证明这种神秘物质。特拉华大学的Swati Singh是整个暗物质界的一小部分研究者之一，他们已经开始怀疑他们是否正在寻找正确类型的暗物质。

特拉华大学的 卡伦·罗伯茨（Karen B·Roberts）

“如果暗物质比传统的粒子物理实验要轻得多呢？” UD的电气和计算机工程助理教授Singh说。

现在，辛格，UD博士生杰克·曼利（Jack Manley）以及亚利桑那大学和哈弗福德学院的合作者提出了一种新方法，通过重新利用现有的台式传感器技术来寻找可能构成暗物质的颗粒。该团队最近在《物理评论快报》上发表的一篇论文中报告了他们的方法。

该论文的合著者包括来自亚利桑那州的光学科学助理教授Dalziel Wilson，亚利桑那州的博士生Mitul Dey Chowdhury和哈弗福德学院的物理学助理教授Daniel Grin。

没有平常的事

辛格解释说，如果将所有发光的东西加在一起，例如恒星，行星和星际气体，它仅占宇宙物质的15％。其余的85％被称为暗物质。它不发光，但是研究人员通过重力作用知道它的存在。他们还知道这不是寻常的事情，例如气体，尘埃，恒星，行星和我们。

量子理论家辛格说：“它可以由黑洞组成，也可以由比电子小的万亿倍的东西组成，被称为超轻暗物质。”检测。

一种可能性是，暗物质是由暗光子组成的，一种暗物质会对正常物质施加微弱的振荡力，从而导致粒子来回移动。但是，由于暗物质无处不在，所以它会在所有物体上施加该力，因此很难测量这种运动。

辛格和他的合作者说，他们认为可以通过使用光机械加速度计作为传感器来检测和放大这种振荡来克服这一障碍。

“如果力是由材料决定的，则通过使用由不同材料组成的两个对象，它们所被施加的力将有所不同，这意味着您将能够测量两种材料之间的加速度差异，”论文的负责人曼利说。作者。

威尔逊是量子实验家，也是UD团队的合作者之一，他将光机械加速度计比作微型音叉。他说：“这是一种振动装置，由于其体积小，对环境的干扰非常敏感。”

现在，研究人员提出了使用氮化硅制成的膜和固定的铍镜在两个表面之间反射光的实验。如果两种材料之间的距离发生变化，研究人员将从反射光中得知存在暗光子，因为氮化硅和铍具有不同的材料特性。

曼利说，协作是开发实验设计的关键部分。他和辛格（理论家）与威尔逊（Wilson）和戴伊·乔杜里（Dey Chowdhury）（实验家）合作进行了理论计算，这些理论计算成为构建其拟议的台式加速度计传感器的详细蓝图。同时，宇宙学家格林（Grin）帮助阐明了超轻暗物质的粒子物理方面，例如为什么会超轻，为什么它可能以不同的方式耦合到材料以及如何产生。

作为一名理论家，曼利表示，有机会进一步了解设备的工作原理以及实验者如何构建东西以证明他和辛格所发展的理论，这不仅加深了他的专业知识，同时也使他接触了可能的职业道路。

越来越多的工作

重要的是，这项最新工作建立在合作团队先前发表的研究的基础上，该研究于去年夏天在《Physical Review Letters》中进行了报道。该论文包括前UD研究生Russell Stump的贡献，该论文表明，几种现有的和近期的实验室规模的设备足够灵敏，可以检测或排除可能是超轻暗物质的颗粒。

研究报告指出，某些类型的超轻暗物质会与正常物质连接或耦合，从而导致原子尺寸发生周期性变化。尽管可能很难注意到单个原子大小的微小波动，但在由许多原子组成的物体中这种效应会放大，如果该物体是声谐振器，则可以实现进一步的放大。这项合作评估了由从超流体氦到单晶蓝宝石的多种材料制成的几个谐振器的性能，并发现这些传感器可用于检测暗物质引起的应变信号。

这两个项目都得到了美国国家科学基金会（Singh）的部分资助，以探索有关使用最先进的量子设备通过比其他方法更小，更便宜的桌面技术检测天体物理现象的新想法。

辛格说，这些论文加在一起，将工作范围扩展到有关检测暗物质的可能方法的已知知识上，并提出了新一代台式实验的可能性。

辛格（Singh）和曼利（Manley）也正在与其他实验小组合作，开发其他台式传感器来寻找这种暗物质或其他微弱的天体物理信号。他们还积极在暗物质和量子传感器领域内就此主题进行更广泛的讨论。

例如，辛格（Singh）最近在能源部高级探测器协调小组（CPAD）举办的虚拟研讨会上讨论了粒子物理探测器的变革性仪器技术进步。她还在美国物理学会四月会议期间的一个特别研讨会上介绍了这些结果。

辛格说：“这是一段激动人心的时刻，我从不同背景的科学家提出的问题中学到了很多东西。” “但是值得注意的是，我最原始的研究思想仍然来自好奇的学生提出的问题。”