Un nouvel amplificateur de spin accélère la recherche de matière noire


Matière noire

Crédit : CC0 Domaine Public

Malgré les preuves astrophysiques de l’existence de la noire, les preuves directes de son interaction avec les particules et les champs du modèle standard n’ont pas été couronnées de succès. L’éclairage de la est le meilleur espoir de progrès dans la compréhension de l’univers et permettrait de mieux comprendre l’astrophysique, la cosmologie et la physique au-delà du modèle standard.

Les particules ultralégères de type axion (ALP) et les photons noirs sont des candidats à la matière noire bien motivés introduits par des théories dépassant le modèle standard de la physique des particules. Cependant, la restriction directe de leur espace de paramètres par des expériences de laboratoire conduit généralement à des limites plus faibles que les approches indirectes basées sur des observations astrophysiques.

Dans une étude publiée dans Physique naturelle, l’équipe de recherche dirigée par le professeur PENG Xinhua de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences, en collaboration avec le professeur Dmitry Budker de l’institution Helmholtz, a démontré une nouvelle technologie quantique appelée « spin- basé » pour la première fois. », qui a amplifié le signal ALP d’au moins deux ordres de grandeur. La technologie d’amplification à de spin offre une opportunité unique d’effectuer une recherche ultra-précise de particules de type axion et de photons sombres qui dépasse les limites de l’ astrophysique.

Des particules de type axion pourraient créer un champ magnétique exotique qui oscille sur le noyau à sa fréquence Compton. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une cellule à vapeur avec des ensembles de spins au xénon-129 et au rubidium-87 qui se chevauchent spatialement.

Ils ont découvert que les spins nucléaires du xénon peuvent agir comme un préamplificateur pour le champ magnétique exotique créé par la matière noire, et le magnétomètre au rubidium continue de lire le signal amplifié. Ils ont démontré la capacité de l’amplificateur basé sur le spin à dépasser la limite de bruit de grenaille de photons du magnétomètre au rubidium lui-même et à approcher la limite de bruit de projection de spin de ce dernier. Cette technique a des performances significativement meilleures que les autres magnétomètres démontrés avec des spins nucléaires limités à une sensibilité de quelques picoteslas.

Sur la base de l’amplificateur à spin ultrasensible, les chercheurs ont mené des recherches expérimentales sur des particules de type axion et des photons sombres. Ils n’ont trouvé aucune preuve de l’existence de matière noire dans la zone de recherche et ont examiné le couplage axion-noyau pour des valeurs inférieures aux restrictions astrophysiques établies.

Malgré le résultat négatif, qui n’est pas une indication des mystérieuses particules de type axion et des photons sombres, le résultat a démontré le potentiel expérimental des expériences sur table pour explorer l’espace des paramètres où ils sont le plus susceptibles de se trouver.


Recherche ultra-précise d’interactions exotiques


Plus d’information:
Min Jiang et al., Recherche de matière noire de type axion avec des amplificateurs à spin, Physique naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41567-021-01392-z

Fourni par l’Académie chinoise des sciences

Devis: Un nouvel amplificateur de spin la recherche de matière noire (2021, 13 décembre), consulté le 19 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-amplifier-dark.html

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