暗检测器：BREAD 设计的渲染图。 “好时之吻”形状的结构将潜在的暗物质信号汇集到左侧的铜色探测器。 该探测器足够紧凑，可以安装在桌面上。 （由 BREAD 合作提供）
一种旨在寻找所谓“暗”光子的新型探测器对可能发现此类暗物质的位置施加了前所未有的限制。 该探测器使用同轴碟形天线来捕获和汇集光子，其美国开发人员表示，它可以轻松扩大规模，并在未来变得更加灵敏。
当前的物理学理论表明，暗物质约占Cosmos质量的 85%。 由于其引力，这种形式的物质可能在星系的形成中发挥了重要作用，但我们尚未能够直接探测到它。 事实上，科学家们不确定暗物质可能采取什么形式，甚至不确定在哪里寻找它。 主要方法涉及使用探测器来搜索具有特定质量（或频率）范围的粒子，希望即使它们什么也没看到，我们至少能更多地了解暗物质不是什么。
寻找更广泛的大众群体
由芝加哥大学的 David Miller 和费米国家加速器实验室 (Fermilab) 的 Andrew Sonnenschein 领导的研究人员现在提出了一种略有不同的方法，涉及一个探测器，该探测器可以在更广泛的质量范围内进行搜索，尽管精度稍低。 该实验被称为轴子探测宽带反射器实验（BREAD），旨在寻找轴子和暗光子粒子形式的暗物质。 这些粒子非常轻，在某些情况下可以转化为可见光子。 例如，当它们撞击金属墙壁时，可见光子会沿垂直于墙壁的方向发射。
团队成员、费米实验室的物理学家 Stefan Knirck 解释道，BREAD 由一根圆柱形金属管组成，可以捕获并汇集暗光子，该圆柱形管的外部部分与墙壁相对应。 “光子聚焦在一个小点上，您可以在其后面放置光探测器或天线来搜索信号，”他解释道。 “在 BREAD 中，内部泪滴形反射器和外部圆柱体的组合负责聚焦。”
在所选频率范围内具有非常高的灵敏度
该团队将目前形式的实验结果描述为“非常有希望”，并指出它在 10.7 至 12.5 GHz 频率范围内表现出非常高的灵敏度，在此范围内，探测器超出了现有限制约 100 倍。在这些频率下对暗光子的最严格限制。
芝加哥大学/费米实验室团队目前正在开发这项技术，以使其更加灵敏和可扩展。 “目前，该实验仅对相当人为的暗物质模型敏感，”克尼尔克说，“但最终，该方法可能使我们能够探索其他轴子模型。”
为了使探测器对暗物质的其他轴子版本敏感，克尼尔克指出，他和他的同事需要添加一个与壁平行的磁场。 他们计划通过将该仪器放置在米级高场（多特斯拉）螺线管磁体中来实现这一目标，目前他们正在阿贡国家实验室使用 4T 磁体进行试验。
“我们还在通过将该概念与不同的尖端量子技术相结合来构建更多原型，以对焦点处的单个光粒子敏感，”克尼尔克告诉《物理世界》。 “在费米实验室，我们很快就会收到更强大的磁铁，这将使我们的实验更加灵敏。 长期目标是在巨大磁铁内建立 10 米规模的大型实验项目。”
该研究发表在《物理评测快报》上。
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