Fyzika v posledních letech ustrnula ve zvláštní křeči. Dva nejvýznamnější problémy – temná hmota a temná energie, které si vědci vymysleli, aby vysvětlili neočekávaná pozorování, stále naprosto vzdorují všem pokusům o vysvětlení. Ať už odborníci vymyslí cokoliv, stále nedokázali pohlédnout do nitra temnoty. Sympatické je, že to nevzdávají.
Američtí fyzici University of Chicago a Fermi Accelerator Laboratory (Fermilab) nedávno spustili projekt se svižným akronymem BREAD (Broadband Reflector Experiment for Axion Detection), který představuje nový přístup v hledání částic temné hmoty. V tomto případě sázejí na to, že temnou hmotu tvoří nesmírně lehké částice, tedy v podstatě axiony nebo temné fotony. Používají k tomu speciální anténu (coaxial horn antenna), která má detekovat případné signály, spojené s projevy lehkých částic temné hmoty.
Temné fotony a axiony, pokud tedy existují, by měly být asi tak bilionkrát lehčí než protony. Jak už fyzici dobře vědí, jejich detekce dá zabrat. Projekt BREAD je teprve v počátcích, ale přinesl zajímavou novou technologii. Má už za sebou pilotní testy prototypu v malém měřítku, experiment GigaBREAD.
Jak říká vedoucí týmu BREAD Stefan Knirck z Fermilabu, lovci temné hmoty v minulosti strávili spoustu času honěním za částicemi temné hmoty, co by měly podobnou hmotnost jako proton, se zcela nulovým výsledkem. BREAD jde po lehkých kandidátech na temnou hmotu, i když se v poslední době ani mezi nimi nerýsuje žádný jasný favorit.
Knirck vysvětluje, že pokud temné fotony existují, mohly by se na kovové ploše přeměňovat na důvěrně známé fotony. Teď už také rozšířili experiment o lov axionů, což umožnuje magnetické pole, umístěné paralelně s kovovou plochou. Experiment momentálně běží v Argonne National Laboratory, kde využívá výkonný magnet s indukcí 4 tesla.
Tým BREAD získal první data ze zmíněného pilotního experimentu loni v létě (2023). Asi nepřekvapí, že nenašli nic. Určitým plusem bylo, že jejich experiment se ukázal být asi 10 000krát citlivější k předpokládaným signálům temných fotonů než předcházející metody pro detekci temných fotonů. V budoucnu chtějí podstatně rozsáhlejší experiment s ještě výkonnějším magnetem. Bude jim přát štěstí?
Video: Stefan Knirck (Fermilab) BREAD: Broadband Reflector Experiment for Axion Detection
Literatura
Osvětlí nám temnou hmotu temné záření Slunce?
Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2016)
Experiment PADME zahajuje lov temných fotonů
Autor: Stanislav Mihulka (04.09.2018)
Najdeme na milimetrových vlnách ultralehkou temnou hmotu?
Autor: Stanislav Mihulka (26.03.2023)
Tajemství vzniku podivné lambdy
Autor: Dagmar Gregorová (19.04.2023)
Zaslechneme přízračné šeptání temných fotonů pomocí radioteleskopů?
Autor: Stanislav Mihulka (20.05.2023)
Disertace, která změnila fyziku: sto let vlnově-částicové duality
Autor: Jiří Chýla (08.02.2024)
Diskuze:
Široké spektrum
F M,2024-05-07 11:27:51
První pořízená data neukazují důkazy pro temnou fotonovou DM v hmotnostním rozsahu 44 - 52 μeV s maximem citlivosti do 49 μeV, s výjimkou dark photon photon mixing parameters χ≳10E-12 v tomto rozsahu na 90% hladině spolehlivosti. To překračuje stávající omezení asi o 2 řády a je to nejpřísnější omezení pro tmavé fotony v tomto rozsahu.
Je to s tím χ tak jednoduché jako že méně než 1 dark na Tera fotonů? Spojeno s citlivostí a nemožností zaznamenat vzácnější/nižší.
Ten 4 Tesla magnet se tohoto experimentu ještě neúčastnil, tedy pokud to s googlem dobře překládáme či jsem něco nepřehlédl:
Kromě toho je naše nastavení připraveno pro zapojení solenoidového magnetu a připravuje se první běh v poli 4 T pro hledání částic podobných axionům. Naše nastavení vytváří testovací základnu pro budoucí směry výzkumu a vývoje, např. kryogenní kvantově omezené zesilovače.
"Furthermore, our setup is optimized for inclusion in a solenoid magnet and a first run in a 4 T field [50] is under preparation to search for axionlike particles. Our setup establishes a test bed for future research and development directions, e.g., cryogenic quantum-limited amplifiers."
Nechci v žádném případě tento výzkum snižovat, toto myslím jen v rámci toho, že je dobré si umět ze sebe (tedy tu z nich) udělat občas srandu.
Věda se vrací ke kořenům a využívá mystické schopnosti dávných indiánských kultur ke konstrukci lapačů snů, bohužel zatím nemůže dostihnout tisíciletou zkušenost dávných šamanů a její snahy vycházejí naprázdno.
Použité části jsou z : Physical Review Letters 132: 131004.
Re: Široké spektrum
Jirka Naxera,2024-05-07 20:09:18
Nemuzu se dostat pres paywall, takze jen hypotetizuju - berte to prosim jako odhad, navic jsem vsechno zapomel.
Pri nulovem mixingu je dakt foton ortogonalni k elmag. fotonu, neboli s elektricky nabitou (ale dark nenabitou) hmotou nikterak nereaguje, a detekce nefunguje.
Nevim, co ten mixing rika (je to uhel? pokud jo, tak se oba fotony mixuji a vlastni hodnota s ostrym el/dark nabojem je o nej otocena proti vlastni hodnote s ostrou energii?), pak by se v interakci dark fotonu amplituda nasobila (sin(x) ~ x pro x, coz nas nemusi trapit, ze z 10^24 fotonu jeden zmizi do dark oblasti ;-)
Re: Re: Široké spektrum
Jirka Naxera,2024-05-07 20:12:26
Ach jo vono mi to smazalo odkaz na Weinberguv uhel (odhaduju, ze jde o podobne definovany parametr?) vcetne te matice, a link https://en.wikipedia.org/wiki/Weinberg_angle
A pak to smazalo varovani, ze skoro urcite to rikam spatne.
A i to mixovani mi to smazalo, jeste jednou 1 "foton" by pak byl
(1-x^2/2) * |normalni_foton> + x * |dark_foton>>;
Re: Re: Široké spektrum
F M,2024-05-08 00:04:20
Tradičně je to ten druhý odkaz pod článkem, zkopíroval jsem ho a nezkontroloval, pardon. Měl by tam být knoflík HTML který mi fungoval a v prohlížeči článek rozbalil.
Tu druhou větu jsem napsal chaoticky, ale myslel jsem to jako schopnost/pravděpodobnost toho DP interagovat. Nebo obráceně kdyby existovaly a ona byla vyšší tak by je zachytili.
Na jiném místě píší u vzorce síly signálu "χ is the kinetic mixing between photons and DPs".
https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_photon V úvodu může se velmi slabě vázat na nabité částice "through kinetic mixing with the ordinary photon" každopádně to bude velmi malé číslo, vzhledem k očekávané nízké (reaktivitě) DM/DP.
Nikde jsem tam nezahlédl jakým mechanismem by ten dfoton měl interagovat, jediná jasná věc je že předpokládají emitování fotonu na ploše hliníku. A to by mě popravdě, po tom jak je zajímavě ta anténa sestavena, zajímalo asi nejvíc.
Ještě tedy jak přesně by měl "přitažlivě" ovlivňovat běžnou hmotu? U nějakých hypotetických částic s podstatnou klidovou energií to chápu tak že je to myšleno přes gravitaci, ale zde?
Re: Re: Re: Široké spektrum
Jirka Naxera,2024-05-09 03:14:08
No prave, "kinetic mixing" jsem nasel take, odkazovany clanek z Wikipedie uz neexistuje (archive.org jsem pozde v noci nezkousel), a co jsem narychlo nasel, tak bylo akorat za paywallem, tak jsem sel pak radsi spat.
Na antene me prave nejvic zklamalo, ze to vyzaduje kapalny dusik -> nic domu na hrani. ;-)
ad gravitace, no to bude nejzajimavejsi. Podle toho, co o hypoteticke temne hmote vime (musi byt studena, jinak by nemohla tvorit gravitacne vazane struktury), tak by mel mit pomerne vysokou klidovou hmotnost.
Kterou principielne sam o sobe mit nemuze (bosony "vypadle" z presnych symetrii, jako dark U(1), jsou nehmotne a hmotnost musi ziskat nejakym dalsim mechanismem. Coz je problem, 4 stupne volnosti Higgsova pole uz jsou zadane...) a pripada me divne, ze by mohl s takhle slabym couplingem ziskat dostatecnou hmotnost pres elektroslaby B (ale opakuji, o tomhle nevim prakticky nic, vubec bych se nedivil kdybych kecal)
No kazdopadne, pokud mu nejakym mechanismem tu hmotnost date, tak pak uz neni problem, aby ji bylo 3x vic nez bezne hmoty (zvlast, jestli dobre tu kapu chapu, tak by tech temnych fotonu muselo byt radove 10^24 abychom jeden detekovali, coz je docela dost :) )
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
