우주의 대부분은 이상하게도 전자보다 입자 수십억 배 더 가벼운 입자 형태로 올 수 있습니다. 두꺼운 무리로 우주를 통해 스트리밍하면,이 끔찍한 "axion"입자는 모든 가시적 인 물질을 6 대 1보다 더 큰 것으로 보이는 실종 된 암흑 물질로 집단 벽을 전달할 수 있습니다.
.수십 년 동안 물리학 자들은 Axion의 최고 경쟁자 인 Wimp (“약하게 상호 작용하는 대규모 입자”)로 알려진 부진하고 훨씬 무거운 암흑 물질 후보를 찾았습니다. 그러나 연구원들이 검색 필드의 가장자리에 접근함에 따라 Wimp 실험은 빈손으로 남아 있으며, Axion의 사냥은 시작됩니다.
.암흑 물질을 전문으로하는 미시간 대학교의 물리학자인 벤 사브 디 (Ben Safdi)는“암흑 물질은 여전히 덤프 일 수 있지만 매일 조금 줄어들 가능성이 낮아 보인다”고 말했다. Axion은“현재 우리가 가진 최고의 암흑 물질 후보입니다.”라고 그는 말했다.
작년 워싱턴 대학의 Axion Dark Matter Experiment (ADMX)는 가장 가능성이 높은 Axion을 감지 할만 큼 민감한 최초의 실험이되었으며, 실험 팀은 최근 최신 검색 결과를 발표했습니다. 그들은 도끼를 잡지 못했습니다. 그러나 Physical Review Letters 에 출판을 위해 현재 검토중인 논문에서보고 한 바와 같이 , 그들은 첫 번째 달리기에서 탐색 한 질량 범위보다 4 배 더 넓은 악의 질량을 배제 할 수있었습니다. ADMX는 Axion이 숨어있을 가능성이 가장 높은 곳을 계속 쓸어 내고 있습니다. Safdi는“그들은 책임을 맡고있다”고 말했다
axion은 신자들이 한 번에 두 개의 수수께끼를 해결할 수 있기 때문에 신자들을 끌어들입니다. 그것의 보이지 않는 존재는 왜 우주가 보이는 것보다 훨씬 무겁게 행동하는지 설명 할 것입니다. 그리고 입자는 원자 핵을 형성하는 두 기본력이 다른 규칙 책을 따르는 이유를 보여줄 것입니다. 그래서 물리학 자들이 1970 년대에 처음으로 도끼를 고안 한 이유입니다.
.퍼즐은 강한 핵무기가 쿼크로 알려진 중성자 내부에 입자를 배열하여 전체 전하가 절대로 자라지 않는다는 것입니다. 이 속성은 중성자 부분에서 Charge-Parity (CP) 대칭이라고 불리는 특이한 평등을 보여줍니다. 각 쿼크의 충전을 반전시키고 거울에 모두 반영하는 것은 중성자의 행동에 영향을 미치지 않습니다. 일방적 인 전하가있는 중성자는 CP 대칭에 실패 할 수 있습니다. 반사하면 고유 각 운동량에 비해 전기장을 뒤집을 수 있기 때문입니다. 거울을보고 다리에 스웨터를 착용하고 몸통에 청바지를 입는 것과 비슷합니다. 실험이 10 억의 적어도 한 부분에 전기적으로 균일 한 것으로 나타 났기 때문에 실제 중성자는 거울에서 동일하게 보입니다.
물리학 자들이 1964 년에 약한 원자력이 공유하지 않는다는 것을 발견하지 못했다면,이 대칭은 모두 좋고 좋을 것입니다. CP 대칭이 금지하는 방식으로 중성 Kaons라는 2 쿼크 입자가 부패합니다. Quarks는 두 경우 모두에 관여하기 때문에 전문가들은 약한 대칭이 강한 힘으로 확장 될 것으로 예상했을 것입니다. 갑자기 중성자의 완벽한 전하 분포는 퍼즐이되었습니다 -“강한 CP 문제”
axion은 주요 솔루션을 나타내지 만, 토대를 마련한 이론가들은 즉시 전체 그림을 보지 못했습니다. 1977 년 Roberto Peccei와 함께 강력한 힘으로 균형을 회복하는 방법을 제안한 Helen Quinn은“저는 실제로 방정식을 썼습니다.
강한 CP 문제는 강한 힘을 설명하는 방정식에서 하나의 상수 (θ) 또는 세타 각도의 예상치 못한 값으로 요약됩니다. 그 가치는 0 인 것처럼 보이며, 이로 인해 중성자의 충전이 계속 유지됩니다. 그러나 다른 많은 값 θ가 취할 수 있는데, 쿼크는 길을 잃었습니다. 약간의 푸딩 후, Quinn과 Peccei는 상수에서 공간에 스며드는 필드로 θ를 촉진 시켰으며, 자연스럽게 모든 곳에서 0으로 정착 할 수있는 값을 가지고 있습니다. Quinn은 그녀의 모델을 기울어 진 볼러 모자와 비교합니다. 공은 림 주위에 어떤 각도에서든 시작할 수 있지만 항상 바닥으로 굴러갑니다. 다른 두 이론가 인 Steven Weinberg와 Frank Wilczek은 곧 Peccei-Quinn 분야가 입자 (들판의 흥분)가 필요하다는 것을 곧 관찰했습니다.
그런 다음 1980 년대에 은하의 회전 속도와 기타 증거에 대한 관찰에 따르면 많은 양의 우주 문제가 보이지 않으며 주로 그 중력을 통해 다른 모든 것과 상호 작용한다는 것이 점점 더 많이 제안되었습니다. 암흑 물질에 대한 증거가 증가함에 따라 현재 플로리다 대학교의 이론 물리학자인 피에르 시키비 (Pierre Sikivie)는 axion이 얼마나 보이지 않는지를 계산했습니다.
시키비는 인터뷰에서 axion이 광자에 대한 영적 사촌이 될 것이라고 말했지만 단지 질량의 힌트가 있다고 설명했다. 빛과 전자기의 입자 인 광자는 Maxwell의 방정식에 의해 지배되기 때문에 Sikivie는 고전 이론을 조정하여 도끼를 통합하기 위해 Axions가 우주를 단단히 포장 할 수있을 정도로 단지 우주를 꽉 쥐어 놓을 수 있음을 발견했습니다.
.그는 또한 축이 완전히 감지 할 수 없다고 계산했다. 이제 그들은 두 개의 광자로 변형 될 것입니다. 그는 광자가 레이저에서 다른 광자의 방출을 완화하는 것처럼 강한 자기장 (및 많은 광자)으로 영역을 포화시키는 것이 Axion Decay를 자극한다는 것을 깨달았습니다. 또한 광자와 마찬가지로, 축은 파형이 매우 파괴적이며 파동 입자 이원성의 물결 끝에 떨어집니다. 그들의 미세한 질량은 건물과 축구장 사이의 파장이 길이로 매우 저에너지 파도를 만듭니다.
Sikivie는 이러한 저에너지 축을 동축하여 광자로 변하는 열쇠가 축과 동일한 파장에서 공명하도록 조정할 수있는 장치라는 것을 깨달았습니다. 그는 신호를 증폭시키는 할로 스코프라는 기계를 구상했으며, axion이 부패했을 때 본질적으로 종소리가 울립니다.
.Sikivie의 개념을 구현하는 데 30 년이 걸렸지 만 ADMX는 입자가 가장 낮은 이론적 비율로 부패하더라도 이론가들이 가장 그럴듯하다고 생각하는 질량으로 축을 감지 할만 큼 민감합니다. 강력한 자석이 거의 절대 0으로 식힌 아이스 박스에 앉으면 ADMX는 천천히 공명과 축에 대한 스캔을 조정합니다. 자석이 얼마나 자석을 두 개의 광자로 바꿀 수 있는지는 얼마나 자주 알 수 없지만, 매 초마다 실험을 통해 잠재적으로 전달되는 경우, 탐지가 빠르게 명확해질 것입니다.
작년에보고 된 첫 번째 달리기에서 실험은 Axion이 생성 된 광자의 과도한 전력을 찾고 0.65에서 거의 0.68 Gigahertz를 스캔했습니다. 올해 협업은 0.8 기가 헤르츠로 계속되었습니다. 이 주파수는 실험이 전자보다 1,870 억 배에서 1,510 억 배 사이의 축을 배제했으며, 앞으로 더 넓은 범위를 가지고 있음을 의미합니다. 협업의 일원 인 Gianpaolo Carosi는“우리는 더 크고 더 큰 덩어리를 취하기 시작했습니다.
이 그룹은 향후 몇 년 동안 최소 2 기가 헤르츠에 도달 할 것으로 예상하며 결국 전자보다 120 억 배 더 가벼운 axion에 해당하는 10 기가 헤르츠 (Gigahertz)로 결국 10 기가 르츠 (Gigahertz)로 밀어 내기를 희망합니다. 추정치는 다양하지만 대부분의 이론가들은 암흑 물질과 중성자 고정기가 그 범위 내에서 떨어져 있어야하는 이중 의무를 수행하는 도끼를 말합니다.
정적 만 듣는 경우 ADMX는 축의 존재를 반증하지 않습니다. 소수의 Gigahertz의 주파수는 가장 간단한 암흑 물질 체계와 일치하지만 일부 이론가들은 더 복잡한 요리법을 요리했습니다. 그리고 암흑 물질이 축과 다른 것의 혼합이라면, 축은 10 배를 초과하는 질량 범위에 걸쳐있을 수 있습니다.
그러나 다른 유망한 암흑 물질 후보자가 실현되지 않으면 더 많은 실험 그룹이 축으로 바뀌고 있습니다. 일부는 ADMX와 같은 지상 자기 장치를 개발하고 있으며, 다른 일부는 Nature의 가장 강력한 자석 인 Neutron Stars에서 나오는 무선 파를 스캔 할 계획입니다. 이 팀은 언젠가 가능한 대부분의 주파수를 덮을 수 있습니다.
발견은 입자 물리학과 우주론의 법칙을 영구적으로 재 작성하지만 오늘날 축은 전적으로 가설적인 상태로 남아 있습니다. Quinn은 단지 그녀의 생각이 그러한 강력한 수색 파티를 시작했다고 겸손하다고 느낍니다. "Roberto와 나는이 이론을 요리하는 몇 달을 보냈습니다. 그리고 이제 실험가들은 40 년 동안 그것을 찾는 데 40 년을 보냈습니다."
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