Pagkuha ng mga Lihim ng Madilim na Bagay mula sa isang Hat

MAY Ang mag-aaral na nagtapos na sina Chiara Salemi at Propesor Lindley Winslow ay gumagamit ng aparatong ABRACADABRA upang ihayag ang mga pananaw sa madilim na bagay.

Ang isang aparato na tinatawag na “Broadband / Resonance Approach to Cosmics” ay nakabitin sa unang palapag ng MIT’s Nuclear Science Laboratory. Axion Tuklasin gamit ang Amplifier B-field Ring aparatus ”o ABRACADABRA para sa maikling salita. Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang layunin ng ABRACADABRA ay upang makita ang mga palakol, ang hindi nakikita at hindi maipaliwanag na materyal na bumubuo sa isang malaking bahagi ng sansinukob, isang mapagpanggap na maliit na butil na maaaring maging pangunahing sangkap ng madilim na bagay.

Chiara salemi

Ipinapakita ni Chiara Salemi ang magnet sa loob kapag bukas ang ABRACADABRA. Kredito: Jon Ouellet

Jerrold R. Zacharias Career Development Associate Professor of Physics Para kay Chiara Salemi, isang mag-aaral na nagtapos sa pisika sa ika-apat na taong pangkat ng Lindley Winslow, ang ABRACADABRA ay ang perpektong tool upang magtrabaho sa panahon ng kanyang PhD. “Gusto ko ng kaunting eksperimento upang magawa ko ang lahat ng iba’t ibang bahagi ng eksperimento,” sabi ni Salemi. Binubuo ng isang napakahusay na protektadong magnet, ang ABRACADABRA ay ang laki ng bola ng basketball.

Ang pagpayag ni Salemi na magtrabaho sa lahat ng mga aspeto ay natatangi. “Ang pang-eksperimentong pisika ay may halos tatlong bahagi: hardware, computation, at phenomenology,” paliwanag ni Winslow, ang mga mag-aaral ay nakasandal sa isa sa tatlong ito. “Ang kalapitan at kalakasan ni Chiara ay pantay na ipinamamahagi sa tatlong mga lugar,” sabi ni Winslow. Ginagawa siyang isang partikular na malakas na mag-aaral.

Mula nang simulan ang kanyang PhD, nagtrabaho si Salemi sa lahat mula sa pag-update ng mga circuit ng ABRACADABRA para sa kanyang pangalawang pag-aaral hanggang sa hanapin ang unang pag-sign ng isang maliit na maliit na butil, hanggang sa pag-aralan ang data ng instrumento.

Maligayang aksidente

Nang magsimula si Salemi sa kolehiyo, hindi niya binabalak na makitungo sa pisika. “Papunta ako sa agham, ngunit hindi ako sigurado tungkol doon o kung anong larangan ang gusto ko sa agham.” Sa kanyang unang semestre sa University of North Carolina sa Chapel Hill, kumuha siya ng physics upang matukoy kung ito ay isang lugar ng interes. “At pagkatapos, lubos akong umibig sa kanya dahil nagsimula akong magsaliksik na masaya.”

Kinolekta ni Salemi ang karanasan sa pagsasaliksik sa buong kanyang undergraduate career. Nagpapatakbo siya ng mga teleskopyo sa radyo sa West Virginia. Gumugol siya ng isang semestre sa Geneva, Switzerland, sa European Organization para sa Nuclear Research, na naghahanap ng pagkabulok ng Higgs boson. CERN. Sa Lawrence Berkeley National Laboratory, nakikibahagi siya sa disenyo ng semiconductors para sa pagtuklas ng mga neutrino. Sa isa sa mga karanasan sa pagsasaliksik, nagsimula siyang magtrabaho kasama ang mga palakol sa isang programa sa tag-init sa Fermilab sa Illinois. “Tulad ng karamihan sa mga bagay sa buhay, aksidente ito.”

Mga Miyembro ng Koponan ng ABRACADABRA at MIT

Ang mga kasapi ng koponan ng MIT na sina Jonathan Ouellet, Lindley Winslow, Chiara Salemi, at Reyco Henning (mula sa UNC – Chapel Hill) kasama ang ABRACADABRA, ang instrumento na ginamit upang tuklasin ang mga palakol, isang mapagpanggap na maliit na butil. Kredito: Lindley Winslow

Nag-apply si Salemi para sa programa sa tag-init dahil nais niyang magpatuloy sa pagtatrabaho sa mga neutrino at sinabi, “Fermilab, ang neutrino ang sentro ng lahat.” Gayunpaman, pagdating niya doon, nalaman ni Salemi na naatasan siyang magtrabaho sa mga ehe. “Labis akong nabigo, ngunit kalaunan ay nahulog ang pag-ibig sa mga palakol dahil ang mga ito ay talagang kawili-wili at naiiba mula sa iba pang mga eksperimento ng pisika ng maliit na butil.”

Ang mga elementong maliit na butil sa uniberso at ang mga puwersa na nag-aayos ng kanilang mga pakikipag-ugnayan ay ipinaliwanag ng Pamantayang Modelo ng pisika ng maliit na butil. Ang pangalan ay naniniwala sa kahalagahan ng teoryang ito; Ang Pamantayang Modelo, na binuo noong unang bahagi ng 1970s, ay nagpapaliwanag ng halos lahat ng bagay sa mundo ng subatomiko. “Ngunit mayroong ilang malalaking puwang,” sabi ni Salemi. “At ang isa sa mga malalaking void ay maitim na bagay.”

Ang madilim na bagay ay bagay na hindi natin nakikita. Hindi tulad ng normal na bagay na nakikipag-ugnay sa ilaw – sumisipsip, sumasalamin, nagpapalabas – ang madilim na bagay ay hindi nakikipag-ugnay sa ilaw, o kaunti, ginagawa itong hindi nakikita ng parehong mata at mga umiiral na instrumento. Ang pagkakaroon nito ay nahihinuha ng epekto nito sa nakikitang bagay. Sa kabila ng pagiging hindi makita nito, sinabi ni Salemi na ang madilim na bagay ay higit na masagana. “Mayroong limang beses na mas madilim na bagay sa uniberso kaysa sa normal na bagay.”

Tulad ng nakikita nitong katapat na binubuo ng mga maliit na butil tulad ng neutron, proton, at electron, ang madilim na bagay ay binubuo ng mga maliit na butil, ngunit hindi pa rin alam ng mga pisiko ang eksaktong uri nito. Ito ay isang pagkilos ng kandidato at ang ABRACADABRA ay idinisenyo upang hanapin ito.

Maliit ngunit malakas

Ang ABRACADABRA ay maliit kumpara sa Malaking Hadron Collider ng CERN, isang instrumento na may paligid na 16.6 milya, na may tungkulin sa pagtuklas ng mga iminungkahing partikulo. Para kay Salemi, ang instrumento ay kumakatawan sa isang bagong panahon ng tabletop physics. Ang paglikha ng mas malaking mga tool kaysa kailanman upang siyasatin ang lalong mahirap na mga maliit na butil ay ang diskarte upang pumunta, ngunit sila ay naging lalong mahal. “Iyon ang dahilan kung bakit ang mga tao ay nagmula sa lahat ng mga uri ng talagang mga kagiliw-giliw na ideya sa kung paano gumawa ng mga tuklas sa isang mas maliit na badyet,” sabi ni Salemi.

Ang disenyo ng ABRACADABRA ay binuo noong 2016 ng tatlong teorya: Jesse Thaler, associate professor ng physics; Benjamin Safdi, sinundan ng isang MIT Pappalardo Fellow; at Yonatan Kahn PhD ’15, pagkatapos ay nagtapos na mag-aaral ni Thaler. Si Winslow, isang eksperimentong partikulo ng pisiko, ay kumuha ng disenyo na ito at naisip kung paano ito maisasakatuparan.

Ang ABRACADABRA ay binubuo ng isang serye ng mga magnetic coil na hugis ng isang toroid – ang larawan ay isang mahabang singsing – na nakabalot sa isang superconducting metal at itinago sa ref sa paligid. ganap na zero. Ang pang-akit, na sinabi ni Salemi na ang laki ng isang malaking kahel, ay lumilikha ng isang magnetic field sa paligid ng toroid, wala sa singsing na butas. Ipinaliwanag niya na kung mayroon ang mga palakol at nakikipag-ugnay sa magnetic field, lilitaw ang isang pangalawang magnetic field sa loob ng ring bore. “Ang ideya ay hangga’t walang axis ito ay magiging isang zero-field na rehiyon.”

Maaaring tumagal ng 10 o higit pang mga taon upang kumuha ng isang teoretikal na disenyo para sa isang eksperimento at bumangon ito. Ang paglalakbay ni ABRACADABRA ay mas maikli. “Nagpunta kami mula sa isang teoretikal na papel na inilathala noong Setyembre 2016 hanggang sa pagtatapos noong Oktubre 2018,” sabi ni Winslow. Sinabi ni Winslow na ang geometry ng toroidal magnet ay nagbibigay ng isang likas na mababang background na rehiyon, ring bore, upang maghanap ng mga palakol. “Sa kasamaang palad, nalampasan natin ang madaling bahagi, at ngayon kailangan nating bawasan ang mga mababang kasaysayan na,” sabi ni Winslow. “Pinasimunuan ni Chiara ang pagsisikap upang madagdagan ang pagiging sensitibo ng eksperimento sa pamamagitan ng isang factor na 10,” sabi ni Winslow.

Upang makita ang isang pangalawang magnetic field na nabuo ng isang axis, kailangan mo ng isang hindi kapani-paniwalang sensitibong instrumento na protektado rin mula sa panlabas na ingay. Para sa ABRACADABRA, ang proteksyon na ito ay nagmumula sa superconducting material at sa malamig na temperatura nito. Maaari ding makita ng ABRACADABRA ang mga taong naglalakad sa lab na may mga kalasag na ito at nakakatanggap pa ng mga istasyon ng radyo sa paligid ng Boston, Massachusetts. “Maaari talaga kaming makinig sa istasyon mula sa aming data,” sabi ni Salemi. “Tulad ng pinakamahal na radyo.”

Kung may makitang signal ng ehe, si Salemi at ang kanyang mga kasamahan ay magsusumikap upang ma-debunk muna ito, na naghahanap ng lahat ng mga potensyal na mapagkukunan ng ingay at tinanggal ang mga ito isa-isa. Ayon kay Salemi, ang pagtuklas ng madilim na bagay ay nangangahulugang mga parangal, kahit na isang Nobel Prize. “Kaya’t hindi mo mai-post ang gayong resulta nang hindi gumugugol ng napakahabang oras na tinitiyak na tama ito.”

Mga resulta ng unang pag-aaral ng ABRACADABRA noong Marso 2019 Mga Sulat sa Physical Review Salemi, Winslow et al. Mula sa MIT Department of Physics. Walang nakitang mga palakol, ngunit itinuro ng pag-aaral ang mga pag-aayos na maaaring gawin ng koponan upang mapabuti ang pagkasensitibo ng aparato bago ang pangalawang pagtakbo nito, na nagsimula noong Enero 2020. “Nagtatrabaho kami sa pagse-set up, pagpapatakbo, at pag-aralan ang ika-2 na pagtakbo sa loob ng halos isang taon. Isa at kalahati,” sabi ni Salemi. Lahat ng data ay nakolekta na at nakumpleto na ang pagsusuri ng pangkat. Ang mga resulta ay mai-publish sa huling taon.

Habang inihahanda ni Salemi at ng kanyang mga kasamahan ang mga resulta para sa paglalathala, isinasaalang-alang nila ang isang bagong henerasyon ng mga detektor ng axis para sa Dark Matter Radios na tinatawag na DM Radios. Sinabi ni Salemi na ito ay magiging isang mas malaki, pakikipagtulungan sa maraming ahensya, at ang disenyo ng bagong aparato ay pinaglihihan pa rin, kasama na ang pagpapasya sa hugis ng pang-akit. “Mayroon kaming dalawang posibleng disenyo: ang isa ay isang hugis ng singsing, ang isa ay hugis ng silindro.”

Ang paghahanap para sa mga palakol ay nagsimula noong 1977, nang una itong teorya, at mula pa noong 1980, ang mga eksperimentong pisiko ay nagdidisenyo at bumubuo ng mga tool upang makita ang mahirap na maliit na butil na ito. Mahusay para kay Salemi na magpatuloy sa pagtatrabaho sa mga palakol hanggang sa kanyang mga natuklasan, ngunit walang sinuman ang mahuhulaan kung kailan ito mangyayari. Ngunit nakikita ang pang-eksperimentong low-mass dark matter mula simula hanggang matapos? Kaya ko ito, ”aniya. “Tumawid ang mga daliri.”

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.