Эксперимент Axion Dark-Matter открывает методику поиска аксионов

Экспериментальная установка в MIT, фотография Свадхи Панди. Наш четырехзеркальный детектор размещен внутри двух стальных вакуумных камер, соединенных трубой. Платформа перед ближней вакуумной камерой поддерживает оптику, которая направляет лазерный свет в камеру и из нее. Автор: Pandey, Hall and Evans.

Исследователи из Массачусетского технологического института недавно опубликовали первые результаты эксперимента, направленного на поиск аксионной темной материи путем исследования индуцированного аксионом двупреломления электромагнитных волн. Хотя эти результаты, опубликованные в Physical Review Letters, не привели к наблюдению сигналов, связанных с этими гипотетическими частицами темной материи, они создали новую технику поиска аксионов с использованием настраиваемого оптического резонатора.

«Этот эксперимент был предложен в 2019 году в результате сотрудничества нашей лаборатории с коллегами из Центра теоретической физики Массачусетского технологического института, когда мы размышляли о новых способах поиска гипотетической частицы темной материи, называемой аксионом», — рассказал Phys.org Эван Холл, научный сотрудник лаборатории LIGO Массачусетского технологического института.

«Ожидается, что любое наблюдаемое взаимодействие между аксионами и стандартной материей будет очень слабым. Мы поняли, что проблема поиска слабого сигнала очень похожа на проблему обнаружения гравитационных волн, которые являются еще одним видом очень слабого сигнала, обнаруженного лишь недавно».

После различных теоретических обсуждений и соображений Холл и его коллеги поняли, что лазеры и оптические инструменты, которые в настоящее время используются в эксперименте LIGO для обнаружения гравитационных волн, можно перепрофилировать для проведения поиска аксионов. Это дало начало эксперименту Axion Dark-Matter Bifringent Cavity (ADBC), который впервые начал собирать данные в 2022 году.

«Мы хотели экспериментально продемонстрировать, как использовать эти инструменты для поиска аксионов», — объяснил Холл. «Свет имеет две поляризации — горизонтальную и вертикальную. Аксионы, если они существуют, должны преобразовывать одну поляризацию в другую. В нашей лаборатории мы используем лазер для генерации вертикально поляризованного света и ищем любые намеки на то, что аксионы преобразовали часть этого света в горизонтальную поляризацию».

Детектор, на котором основан эксперимент ADBC, состоит из 4 зеркал, расположенных так, чтобы сформировать оптическую полость (т. е. структуру, которая улавливает свет). Эта оптическая полость хранит и рециркулирует световые лучи, исходящие от лазера, тысячи раз, что усиливает слабые аксионные сигналы.

Экспериментальная установка: резонатор типа «бабочка» с зеркалами A, D, B, C. ^