暗物质“Light Through the Wall”实验取得进展

2025-04-19
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                                                                                     安装最后的超导磁体之一。


所有 ALPS 磁体均安装在 HERA 加速器通道中

DESY 的“光穿墙实验”ALPS II 正在成型。ALPS 是“Any Light Particle Search”的缩写,正在安装在前 HERA 加速器的隧道部分。国际 ALPS 团队将使用 24 个前 HERA 磁体、激光和高灵敏度探测器来搜索暗物质。这些超导磁体中的最后一个已于上周安装。在过去的几周里,所有的超导磁体都被带入了隧道。连接磁铁的最后一个重要部件今天安装完毕。

几乎整整一年前,ALPS II 团队庆祝在隧道中安装了第一块磁铁;如果一切按计划进行,在不到一年的时间里,数据采集就可以开始了。“我们感到非常自豪,”DESY 项目经理 Axel Lindner 总结了团队的心情。“当我们规划 ALPS 时,我们不断听到'那不可能做到'这句话。但最终证明,即使在大流行期间,一切都可以做到。隧道的使用、超导磁体的改变、复杂的激光系统、高灵敏度的探测器——所有这些都在起初似乎是不可能的,现在正在成为现实。“这要归功于许多仍然了解 HERA 秘密的”老“DESY 员工以及所有合作伙伴的参与者的巨大承诺,由于他们的专业知识,最先进的技术再次进入 HERA 隧道。”

                                                       当 ALPS II 开始运行时,光线应该穿过墙壁。

希望 ALPS II 能够在投入运营后消除另一个“无法完成”的情况。到目前为止,世界上还没有任何实验能够探测到暗物质。研究人员使用望远镜、粒子加速器甚至巨大的地下水箱来寻找它,它的发现将引起轰动,因为一举之间,我们对宇宙的了解将比现在多六倍。

暗物质的本质是物理学中最大的谜团之一。对星系中恒星运动的观察和计算表明,宇宙中的物质一定比我们今天所知道的物质粒子所能解释的要多。事实上,暗物质应该占宇宙中所有物质的 85%。然而,我们目前不知道暗物质的组成部分是什么。但我们确实知道,它实际上不与正常物质相互作用,基本上是不可见的,因此被称为“暗”。

有许多理论试图解释暗物质的性质以及它可能由哪些粒子组成。其中一些理论说,暗物质是由具有非常特定特性的非常轻的粒子组成的,例如轴子。它最初是为了解释强相互作用的各个方面,这是自然界的基本力量之一。ALPS 专为产生和检测这些颗粒而设计。强磁场会导致轴子转化为光粒子、光子,反之亦然。

强磁场是在 24 个超导加速器磁体中产生的。中央墙的每一侧都有 12 个这样的磁铁,两侧有两个 120 米长的光学腔——一种长长的镜子柜。强大而复杂的激光系统产生的光被磁场内的空腔放大,并在非常小的范围内转化为暗物质粒子。一堵遮光屏障——一堵墙——矗立在 ALPS II 的另一半前面。然而,这个壁并不是轴子和类似粒子的屏障,它们很容易穿过它。在第二个空腔中,暗物质的粒子将转换回光。微小的信号由特殊的、高度灵敏的检测系统检测到。

ALPS II 的下一步是磁体的精确对准,并完成三个洁净室,其中将设置复杂且高度敏感的光学元件。“我们希望能够在一年内开始寻找暗物质,”佛罗里达大学盖恩斯维尔分校教授兼 ALPS 合作副发言人 Guido Müller 说。






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